linux裝置驅動學習(二)–字元裝置驅動

字元裝置驅動:

1.一般我們都採用動態分配裝置號的API：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned int firstminor,unsigned int count,char *name);

dev是經用於輸出的函數，在成功完成調用以後將儲存分配範圍的第一個編號。

void unregister_chrdev_region(dev_t first,unsigned int count);

上面的函數為驅動程式的使用分配裝置編號，但是他們並沒有告訴核心拿這些編號做什麼。在使用者空間可訪問上述裝置之前，驅動程式需要將裝置編號和內建函式聯絡起來。

為了能夠動態產生裝置號，並且能夠建立裝置節點，對insmod的調用可以替換為一個簡單的指令碼。動態分配的缺點就是不能自動產生裝置節點。

#！bin/sh

module="scull"

device="scull"

mod="664"

 

/sbin/insmod  ./$module.ko $*||exit 1 調用insmod並使用路徑名來指定模組位置。

 

rm -f /dev/${device}[0-3]  刪除裝置節點

 

major=$(awk "/$2=  =/"$module/"  {print  /$1}"  /proc/devices)

 

mknod /dev/${device}0  c  $major  0

mknod /dev/${device}1  c  $major  1

mknod /dev/${device}2  c  $major  2

mknod /dev/${device}3  c  $major  3

 

group="stuff"

 

chgrp  $group  /dev/${device}[0-3]

chmod $mod  /dev/${device}[0-3]

 

2.獲得主裝置號的代碼：

scull採用這種現實方式，他使用了sucll_major，用來儲存所選擇的裝置號（也有一個用於次裝置號的scull_minor）該變數的初始化值是SCUL_MAJOR在，這個宏定義在scull.h中，預設為0，使用者可以使用預設值或選擇特定裝置號。

if(scull_major){

     dev=MKDEV(scull_major,scull_minor);

     result=register_chrdev_region(dev,scull_nr_devs,"scull");

}else{

     result=alloc_chrdev_region(&dev,scull_minor,scull_nr_devs,"scull");

     scull_major=MAJOR(dev);

}

 

if(result<0){

     printk(KERN_INFO  "can't get major %d/n",scull_major);

     return result;

}

前邊說過alloc_chrdev_region中dev是僅用作輸出的參數。然後通過MAJOR(dev)獲得主裝置號。

在這部分中，比較重要的是在用函數擷取裝置編號後，其中的參數name是和該編號範圍關聯的裝置名稱，它將出現在/proc/devices和sysfs中。

看到這裡，就可以理解為什麼mdev和udev可以動態、自動地產生當前系統需要的裝置檔案。udev就是通過讀取sysfs下的資訊來識別硬體裝置的.
(請看《理解和認識udev》
URL：http://blog.chinaunix.net/u/6541/showart_396425.html)

 

3.file_operations中幾個選項：

unsigned int (*poll)(struct file *,struct poll_table_struct *)

poll方法是poll,epoll,select這三個系統調用的後台實現，這三個系統調用可以用來查詢某個或多個檔案描述符（多個檔案描述符通過構建一個fd_set來實現）上的讀取或寫入是否被阻塞，poll方法應該返回一個為掩碼，用來指出非阻塞的讀取或寫入是否可能，並且也會向核心提供將調用進程置於休眠狀態直到I/O變為可能時的資訊。

 

4. file結構體中有private_data結構體，通常這個變數通過強制類型轉換，變為裝置所需的結構體，儲存有用的資源。

5.核心用inode結構在內部表示檔案，因此它和file結構不同，後者表示開啟的檔案描述符。對於單個檔案，可能會有許多多個表示開啟檔案描述符的file結構，但他們都指向單個inode結構。

在inode結構體中有一個struct cdev *i_cdev欄位， struct cdev是表示字元裝置的核心內部結構，當inode指向一個字元裝置時，該欄位包含了指向struct cdev結構的指標。

6.前邊知道，核心內部使用struct cdev結構表示字元裝置。在核心調用裝置操作之前，必須分配並註冊一個或多個以上的結構：

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

my_cdev->ops = &my_fops;

分配一個cdev結構。

void cdev_init(struct cdev *cdev,struct file_operations *fops);

進行裝置初始化。

void cdev_add(struct cdev *dev,dev_t num,int count);

將裝置添加到核心中。 dev為cdev裝置，num為裝置號，count一般取1.

struct cdev提供了核心與裝置之間的介面。

static void scull_setup_cdev(struct scull_cdev *dev,int index)

{

    int err,devno = MKDEV(scull_major,scull_minor + index);

    cdev_init(&dev->cdev,&scull_fops);

    dev->cdev.ower = THIS_MODULE;

    dev->cdev.ops   =  &scull_fops;

    err = cdev_add(&dev->cdev,devno,1);

    if(err){

       ....

     }

    return 0;

}

 

7.open函數

int (*open)(struct inode *inode,struct file *filp)

其中inode的在其i_cdev欄位中包含了我們所需要的資訊，即我們設定的cdev結構。唯一的問題是我們不需要cdev結構本身，而是要知道包含cdev結構的scull_dev結構。這裡運用container_of宏來完成，該宏可以通過結構體成員得到包含該成員的結構體本身:

container_of(pointer,container_type,container_field);

該宏需要一個container_field欄位的指標，該欄位包含在container_type類型的結構體中，然後返回包含該欄位的結構體指標，在scull_open中，這個宏用來找到合適的裝置結構。

struct scull_dev *dev;

dev = container_of(inode->i_cdev,struct  scull_dev,cdev);

filp->private_data = dev;

這段代碼首先定義了一個scull_dev裝置其中包含了i_cdev欄位(包含cdev)，然後通過container_of找到包含cdev欄位的scull_dev結構體，然後將該結構體賦值給filp的私人成員變數。

其中open要完成的一個任務就是分配並填寫置於filp->private_data裡的資料結構。

int scull_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{

   struct scull_dev *dev;

   dev = container_of(inode->i_cdev,struct scull_dev,cdev);

   filp->private_data = dev;

  

   if((filp->f_flags & O_ACCMODE) == O_WRONLY){

        scull_trim(dev);  /*負責釋放整個記憶體地區*/

   }

   return 0;

}

8.release/close的作用

釋放由open分配的，儲存在filp->private_data中的資料結構。

在最後一次關閉操作時關閉裝置。

這裡有個問題就是就是關閉裝置的次數，可能會大於open裝置的次數，比如dup/fork系統調用都會在不調用open的情況下建立已開啟檔案的副本，但每個副本都在程式終止前被關閉。

原因在於：並不是每個close系統調用都會引起對release方法的調用，只有真正釋放裝置資料結構的close才會調用release方法的調用。核心對每個file結構維護其被使用多少次的計數器。對於dup/fork等系統調用，並不會建立新的資料結構(僅由open建立，在open函數中通過申請並初始化的cdev結構，運用container_of求出包含cdev的scull_dev結構,並賦值給filp->private_data，從而分配一個新的資料結構)，他們只是增加對資料結構的計數。當file結構的計數減為零時，才會調用close,執行release.