Linux Device Driver study: scull解析

曆時將近兩個月，終於化零為整，對《Linux裝置驅動程式》(3rd edition)中第三章scull驅動有了詳細的瞭解，下面對scull的驅動進行解析，方便以後的查看。

一、建立字元驅動的步驟：

1、獲得裝置號:

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);

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

上述兩個函數，前者為在確定主裝置號(first)的時候，進行裝置號的註冊，後者為自動獲得主裝置號並註冊（獲得的裝置號存入dev中）。

2、將裝置操作函數與裝置號聯絡到一起：

初始化：void cdev_init(struct cdev *dev, struct file_operations *fops);

添加到核心中：int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count)

注意：步驟2用到的fops已經初始化完成，設計裝置驅動的open，read，write，release等函數；而需要定義全域變數struct cdev my_cdev，或在驅動代碼中利用kalloc對其分配空間。

二、代碼常式：

可參考本書內建的常式，附件中的main.c中scull_init_module的實現。

三、scull驅動程式碼分析以及應用程式調用scull

1、scull驅動代碼中的全域變數：struct scull_dev *scull_devices;           //通過在scull_init_module中為其分配空間；

scull_major， scull_minor:裝置號

2、當scull驅動編譯完成，且安裝到核心中後，可利用應用程式進行讀取來驗證。如：file1=fopen("/dev/scull0", "rb+");  stringlen = fwrite(stringBuffer, 1, sizeof(stringBuffer), file1)  

3、關於fopen的實現：

a)應用程式在調用fopen庫函數後，會執行底層應用函數介面int open（const char *path, int oflags），進而會執行到核心代碼  long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, int mode)  （核心代碼open.c檔案中）。do_sys_open實現通過filename得到struct
file *f，並把f與int fd綁定，返回fd。得到的fd即為open函數的傳回值。

b)scull驅動中的open函數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; /* for other methods */

在scull驅動中主要是通過filp->private_data（指向dev），進行資料的write和read。

在看這段代碼時，有很多疑問，如inode->i_cdev應該是指向的之前在scull驅動中定義的scull_devices.dev部分，那麼是在什麼時候jiangscull_devices.dev的地址賦值給的inode->i_cdev；再有就是scull_open與核心代碼中的do_sys_open之間的關係。自己的理解如下：

(1)scull_init_module調用scull_setup_cdev函數，其中scull_setup_cdev實現cdev_init和cdev_add的功能，cdev_add實現告訴核心，對應的裝置代碼對應特定的裝置檔案和操作函數(scull_devices以及其中的f_ops)，即在核心中進行註冊，之後通過裝置號就可找到對應的scull_devices。在進行節點建立時（mknod），會用到裝置號（如：mknod /dev/scull0 -C
$majorNumber 0），此時建立的inode，其i_cdev已經指向了對應特定裝置號的scull_devices。

(2)核心源碼do_sys_open主要實現通過檔案路徑path得到file指標f，並與對應的控制代碼fd綁定。

do_sys_open調用struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, flags, mode, 0);do_filp_open函數中實質性的開啟工作是do_last函數。

在do_last函數中，無論open_flag中的標誌位判斷該檔案是不是需要被建立，最後都會調用函數nameidata_to_filp，nameidata_to_filp會調用__dentry_open，在__dentry_open函數中會調用到f->f_op->open也就是scull_open。

關於檔案節點是否需要建立在調用f_op 的時刻會有不同，需要建立節點時，在__open_namei_create之後調用nameidata_to_filp；不需要建立節點時，在finish_open中調用nameidata_to_filp。

(3)在scull驅動過程中，通過file->private_data來傳遞scull_devices的地址（主要在scull_open代碼中實現），進而對scull_devices的data資料去進行讀寫。

4、scull_devices指向的資料空間（可參考，第三章61頁的圖片）：

在進行scull_write和scull_read時，調用scull_follow函數，實現對資料空間的分配（kmalloc）

struct scull_dev {
struct scull_qset *data;  /* Pointer to first quantum set */
int quantum;              /* the current quantum size */
int qset;                 /* the current array size */
unsigned long size;       /* amount of data stored here */
unsigned int access_key;  /* used by sculluid and scullpriv */
struct semaphore sem;     /* mutual exclusion semaphore     */
struct cdev cdev;
  /* Char device structure */
};

struct scull_qset {
void **data;
struct scull_qset *next;
};

struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};

參考資料：

1、《LInux裝置驅動程式》第三章

2、Linux核心源碼

3、關於核心代碼open的解析：http://www.cublog.cn/u3/119372/showart_2518539.html

4、關於file->private_data   http://linux.chinaunix.net/techdoc/develop/2007/09/09/967423.shtml