linux字元cdev和Inode的關係

本文所說的Inode是struct inode結構體，並不是在inode塊中的inode結點。

 

Char Device Driver

　　相關資料結構：

struct cdev {

　　struct kobject kobj;

　　struct module *owner;

　　const struct file_operations *ops;

　　struct list_head list;

　　dev_t dev;

　　unsigned int count;

};

 

struct kobj_map {

　　struct probe {

    　　struct probe *next;

　    　dev_t dev;

　　    unsigned long range;

　　    struct module *owner;

　    　kobj_probe_t *get;

　　    int (*lock)(dev_t, void *);

　　    void *data;

　　} *probes[255];

　　struct mutex *lock;

};

 

static struct char_device_struct {

　　struct char_device_struct *next;

　　unsigned int major;

　　unsigned int baseminor;

　　int minorct;

　　char name[64];

　　struct file_operations *fops;

　　struct cdev *cdev;                /* will die */

} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];

 

#define CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE        255

 

下面本文通過一下三個方面以及他們的關聯來描述字元裝置驅動:

1. 字元驅動模型

2. 字元裝置的裝置號

3. 檔案系統中對字元裝置檔案的訪問

 

字元驅動模型

　　每個字元驅動由一個 cdev 結構來表示.

　　在裝置驅動模型(device driver model)中, 使用 (kobject mapping domain) 來記錄字元裝置驅動.這是由 struct kobj_map 結構來表示的. 它內嵌了255個struct probe指標數組，kobj_map由全域變數cdev_map引用:

static struct kobj_map *cdev_map;

 相關函數說明:

　　cdev_alloc() 用來建立一個cdev的對象

　　cdev_add() 用來將cdev對象添加到驅動模型中,其主要是通過kobj_map()來實現的.

　　kobj_map() 會建立一個probe對象,然後將其插入cdev_map中的某一項中（這裡的某一項是如何確定的，是否是按照裝置的主裝置號呢？）,並關聯probe->data 指向 cdev

　　struct kobject *kobj_lookup(struct kobj_map *domain, dev_t dev, int *index)，根據裝置號,在cdev_map中尋找其cdev對象內嵌的kobject. (probe->data->kobj),返回的是cdev的kobject（此函數是在開啟裝置檔案是調用到的，在註冊字元裝置時不用）

 

字元裝置的裝置號

　　字元裝置的主,次裝置號的分配:

　　全域數組 chrdevs 包含了255(CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE 的值)個 struct char_device_struct的元素.

　　每一個對應一個相應的主裝置號.

　　如果分配了一個裝置號,就會建立一個 struct char_device_struct 的對象,並將其添加到 chrdevs 中.

　　這樣,通過chrdevs數組,我們就可以知道分配了哪些裝置號.

  

相關函數:

　　register_chrdev_region( ) 分配指定的裝置號範圍

　　alloc_chrdev_region( ) 動態分配裝置範圍

　　他們都主要是通過調用函數__register_chrdev_region() 來實現的

　　要注意,這兩個函數僅僅是註冊裝置號! 如果要和cdev關聯起來,還要調用cdev_add()

　　register_chrdev( ) 申請指定的裝置號,並且將其註冊到字元裝置驅動模型中.

　　它所做的事情為:

　　1. 註冊裝置號, 通過調用 __register_chrdev_region() 來實現

　　2. 分配一個cdev, 通過調用 cdev_alloc() 來實現

　　3. 將cdev添加到驅動模型中, 這一步將裝置號和驅動關聯了起來. 通過調用 cdev_add() 來實現

　　4. 將第一步中建立的 struct char_device_struct 對象的 cdev 指向第二步中分配的cdev. 由於register_chrdev()是老的介面,這一步在新的介面中並不需要.

 

檔案系統中對字元裝置檔案的訪問

對於一個字元裝置檔案, 其inode->i_cdev 指向字元驅動對象cdev, 如果i_cdev為 NULL ,則說明該裝置檔案沒有被開啟.

由於多個裝置可以共用同一個驅動程式.所以,通過字元裝置的inode 中的i_devices 和 cdev中的list組成一個鏈表

 

 首先,系統調用open開啟一個字元裝置的時候, 通過一系列調用,最終會執行到 chrdev_open.

　　(最終是通過調用到def_chr_fops中的.open, 而def_chr_fops.open = chrdev_open. 這一系列的調用過程,本文暫不討論)

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

　　chrdev_open()所做的事情可以概括如下:

　　1. 根據裝置號(inode->i_rdev), 在字元裝置驅動模型中尋找對應的驅動程式, 這通過kobj_lookup() 來實現, kobj_lookup()會返回對應驅動程式cdev的kobject.

　　2. 設定inode->i_cdev , 指向找到的cdev.

　　3. 將inode添加到cdev->list的鏈表中.

　　4. 使用cdev的ops 設定file對象的f_op

　　5. 如果ops中定義了open方法,則調用該open方法

　　6. 返回.

　　執行完 chrdev_open()之後,file對象的f_op指向cdev的ops,因而之後對裝置進行的read, write等操作,就會執行cdev的相應操作.