字符驱动内部实现原理解析及分步注册流程和代码
Tags: 字符驱动, 驱动
Published: 2024-01-13 03:10:57


![Image description](https://dev-to-uploads.s3.amazonaws.com/uploads/articles/5a6etsgyihuxr500rfnn.png)

> 当设备驱动，注册进内核，内核会分配给当前的设备驱动一个编号，这个编号叫做设备号，设备号是一个32位的数据，由主设备号和次设备号组成，主设备号用来标识一类设备，次设备号用来标识一类设备中的一个设备，同类设备的主设备号一样，次设备号不同，主设备号是高12位，次设备号是低20位。

> 当注册驱动后得到驱动相应的设备号，基于这个设备号在文件中创建一个设备文件，这样就完成了设备文件和设备驱动的关联，当在用户空间操作设备文件时，就可以访问到驱动设备了。

![Image description](https://dev-to-uploads.s3.amazonaws.com/uploads/articles/ykga3cwmoaxhkex0jpq6.png)
open函数回调驱动中open操作方法的路线：
```
open()----->sys_open()---->struct inode结构体---->struct cdev结构体---->struct file_operations结构体---->mycdev_open()
```

## 字符驱动分步注册流程及API

```
1.字符设备驱动结构体
    struct cdev {
        struct module *owner;             //THIS_MODULE
        const struct file_operations *ops; //操作方法结构体
        struct list_head list;            //构成链表
        dev_t dev;                        //设备号
        unsigned int count;               //设备的个数
    };
```

```
2.分配字符设备驱动的对象
    struct cdev cdev;
	struct cdev *cdev = cdev_alloc();
	
	struct cdev *cdev_alloc(void)
    功能：为cdev结构体指针分配内存
    参数：
        @无
    返回值：成功返回cdev的结构体指针，失败返回NULL
```

```
3.字符设备驱动对象初始化
	void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
    功能：完成cdev结构体成员的初始化（部分）
    参数：
        @cdev:cdev的结构体指针
        @fops:操作方法结构体指针
    返回值：无
```

```
 
4、设备号的申请：
 
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
    功能：静态指定设备号
    参数：
         @from：指定的设备号 （主设备号|次设备号 eg: 241<<20|0）
         @count:设备的个数（3）
         @name:设备驱动的名字  cat /proc/devices查看
    返回值：成功返回0，失败返回错误码
         
    int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,
			const char *name)  
    功能：动态申请设备号
    参数：
         @dev      :申请到的设备号；在dev这个地址。
         @baseminor：次设备号开始值
         @count:设备的个数（3）
         @name:设备驱动的名字  cat /proc/devices查看
    返回值：成功返回0，失败返回错误码
```

```
5.注册字符设备驱动
	int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
	功能：注册字符设备驱动
    参数：
         @p:cdev结构体指针
         @dev:设备号
         @count:设备的个数
    返回值：成功返回0，失败返回错误码
```

##  出口函数：

```
1.销毁字符设备驱动
	void cdev_del(struct cdev *p)  
    功能：销毁字符设备驱动
    参数：
        @p:cdev结构体指针
    返回值：无
2.释放设备号
	void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) 
    功能：释放设备号
    参数：
        @from:设备号
        @count:设备的个数
    返回值：无
3.释放动态申请的内存
     void kfree(void *p)
     功能：释放动态申请的内存
     参数：
         @p:cdev结构体的首地址
     返回值：无     
```

## 分步流程：

```
//定义cdev的结构体指针变量
struct cdev *cdev;
static int __init mycdev_init(void)
{
    //1.分配对象
    //2.对象的初始化
    //3.申请设备号
    //4.字符设备驱动的注册
    //5.自动创建设备节点
    return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //1.销毁设备节点
    //2.销毁字符设备驱动
    //3.销毁设备号
    //4.释放动态申请的cdev内存
 
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
```

## 完整代码：

```
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>
 
#define CNAME "mycdev"
 
struct cdev *cdev;//定义cdev的结构体指针变量
#if 0
unsigned int major = 0; //动态申请
#else
unsigned int major = 500; //静态指定
#endif
int minor=0;
const int count=3;
struct class *cls;
struct device *dev;
 
char kbuf[128] = {0};
/*******************************open*************************************/
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
	return 0;
}
/*******************************read*************************************/
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *offs)
{
	int ret;
	printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
 
	if(size > sizeof(kbuf)) size=sizeof(kbuf);
	ret = copy_to_user(ubuf,kbuf,size);
	if(ret){ 
		printk("copy data to user error\n");
		return -EIO;
    }
	return size; 
}
/*******************************write*************************************/
ssize_t mycdev_write(struct file *file, 
	const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *off)
{
	int ret;
	printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
 
	if(size > sizeof(kbuf)) size=sizeof(kbuf);
	ret = copy_from_user(kbuf, ubuf, size);
	if(ret){ 
		printk("copy data from user error\n");
		return -EIO; 
	}
	return size; 
}
/*******************************close*************************************/
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__); 
	return 0;
}
/*******************************方法结构体************************************/
const struct file_operations fops = {
	.open = mycdev_open,
	.read = mycdev_read,
	.write = mycdev_write,
	.release = mycdev_close,
};
/******************************init入口函数*************************************/
static int __init mycdev_init(void)
{
    int i,ret;
    dev_t devno;//设备号
    //1.分配对象空间
    cdev = cdev_alloc();
    if(cdev == NULL){
        printk("cdev alloc memory error\n");
        ret = -ENOMEM;
        goto ERR1;//返回一个错误值-ENOMEM
    }
    //2.对象的初始化
    cdev_init(cdev,&fops);
    //3.申请设备号
    if(major == 0){
        //动态申请
        ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,count,CNAME);
        if(ret){
            printk("dynamic:alloc device number error\n");
            goto ERR2;//销毁前面申请到的对象空间，并且返回一个错误值-ENOMEM
        }
        major = MAJOR(devno);//根据申请到的设备号分解出主设备号
        minor = MINOR(devno);//根据申请到的设备号分解出次设备号
    }else if(major > 0){
        //静态指定
        ret = register_chrdev_region(MKDEV(major,minor),count,CNAME);
        if(ret){
            printk("static:alloc device number error\n");
            goto ERR2;//销毁前面申请到的对象空间，并且返回一个错误值-ENOMEM
        }
    }
    //4.字符设备驱动的注册
    ret = cdev_add(cdev,MKDEV(major,minor),count);
    if(ret){
        printk("cdev register error\n");
        goto ERR3;//销毁申请到的设备号，前面申请到的对象空间，并且返回一个错误值-ENOMEM
    }
    //5.自动创建设备节点
    cls = class_create(THIS_MODULE,CNAME);//向上提交目录
    if(IS_ERR(cls)){
        printk("class create error\n");
        ret = PTR_ERR(cls);
        goto ERR4;/*销毁字符驱动，销毁申请到的设备号，前面申请到的对象空间，并且返回一个错误值-ENOMEM*/
    }
    for(i=0;i<count;i++){
        dev = device_create(cls,NULL,MKDEV(major,i),NULL,"mycdev%d",i);//向上提交设备节点
        if(IS_ERR(dev)){
            printk("device create error\n");
            ret = PTR_ERR(dev);
            goto ERR5;/*销毁目录，以及申请到的设备节点，销毁字符驱动，销毁申请到的设备号，前面申请到的对象空间，并且返回一个错误值-ENOMEM*/
        }
    }
    return 0; //!!!!!!!这里的return 0千万不要忘记写!!!!!!!!!!!!!!
ERR5:
    for(--i;i>=0;i--){
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));
    }
    class_destroy(cls);
ERR4:
    cdev_del(cdev);
ERR3:
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),count);
ERR2:
    kfree(cdev);
ERR1:
    return ret;
}
/******************************exitchukou函数*************************************/
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    int i;
    //1.销毁设备节点
    for(i=0;i<count;i++){
        device_destroy(cls,MKDEV(major,i));//销毁向上提交的设备节点
    }
    class_destroy(cls);//销毁向上提交的设备目录
    //2.销毁字符设备驱动
     cdev_del(cdev);
    //3.销毁设备号
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major,minor),count);
    //4.释放动态申请的cdev内存
     kfree(cdev);
 
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
```