Linux字符设备驱动框架

1. 设备号

Linux内核中有很多的字符设备驱动，内核是如何区分它们的？ 每个字符设备都有一个唯一的标识 – 设备号，设备号的本质： 32位的无符号整数（dev_t）。

设备号由两部分组成：

1 – 高12位称为主设备号，表明这个设备属于哪一类设备。

2 – 低20位成为次设备号，表明这个设备是同类设备中的具体哪一个。

设备号的申请方法：

第一种方法：静态定义并注册设备号

首先查看系统中有哪些设备号没有被分配给具体的设备，然后确定一个给当前的设备使用(cat /proc/devices可以看哪些号被占用了)，定义方法如下：

dev_t devno = 主设备号<<20 | 次设备号;

或者使用系统接口进行组合

注册设备号 – 使申请的设备号生效并保证设备号在Linux内核中的唯一性，使用下面的接口：

from： 要注册的设备号

count：要注册多少个设备号，例如count = 3， 主设备号是255， 次设备号是0，那么将按照顺序依次注册三个设备号，分别是（主：255，从：0）、（255，1）、（255，2）

name：给要注册的设备命名，注册成功可以通过cat /proc/devices查看到

第二种方法：动态申请并注册设备号

此方法无需自己去确定哪个设备号可用，内核会查询哪个设备号没有被使用，然后分配给当前驱动进行注册，所以大部分驱动都采用这种注册方法，使驱动更加具有通用性（如果用静态注册，你选的设备号在当前设备上没有使用，但是当这个驱动移植到其他的设备上，可是其他设备上的某个驱动也使用的这个这个设备号，那么这个驱动就会注册失败）。

功能：申请一个或多个设备号并进行注册

dev：要注册的设备的设备号，输入参数，内核会寻找没有使用的设备号，然后填充到这个dev参数中。

baseminor：主设备号由内核来确定，次设备号由我们自己去确定，baseminor就对应要申请的设备号的次设备号。

count：可以一次申请多个设备号，count表示要申请的设备号的数量，当申请多个设备号时，他们的主设备号一致，次设备号会在baseminor的基础上依次加1。

name：要注册的设备的名字，注册成功可以通过cat /proc/devices查看到

最后，无论通过哪种方式注册的设备号，在卸载模块的时候都需要将注册的设备号资源进行释放：

from：要释放的设备号

count：要一次释放的设备号的数量，当释放多个设备号时，系统会从from开始，依次加1作为新的设备号进行释放

2. 字符设备操作集合 – file_operations结构体

设备驱动有各种各样的， 鼠标驱动需要获取用户的坐标以及单双击动作、LCD驱动需要写framebuffer等等，但是对上层开发调用这些驱动的人来说，他们可能不懂也不关心底层设备是如何工作的，为了简化上层应用的操作，驱动程序给上层提供了统一的操作接口–open、read、write等，这样，对应做应用开发的人来说，不管你是什么样的设备，我只需要去打开（open）你这个设备，然后进行读写等操作就可以操作这个设备了。那么，驱动程序如何实现这样统一的接口呢？需要实现下面的file_operations结构体：

这里只列出了几个最基本的成员：

owner：一般填充THIS_MODULE，表示这个驱动（模块）归自己所有（这个概念对于初学者可能难以理解，到后面我会继续说明）

open：打开设备驱动的函数指针

release：关闭设备驱动的函数指针，为了对每个设备驱动的访问保护，所以用户必须先打开设备，才能对设备进行读写等操作，操作完必须再关掉。

read：读设备驱动的函数指针（比如用户可以通过read接口读取按键驱动的按键状态等）

write：写设备驱动的函数指针（比如用户可以通过write接口写LCD驱动的framebuffer显存，将画面显示再lcd上）

用法：

定义一个属于自己设备的操作集合xxx_fops，xxx通常命名为设备的名字，例如lcd_fops, key_fops等。

3. 字符设备的核心 – cdev结构体

分配、设置、注册cdev结构体

内核用cdev结构体来表示一个字符设备，所以每个字符设备驱动，都需要注册一个cdev结构体。

owner：一般填充THIS_MODULE，表示这个驱动（模块）归自己所有。

ops：对应这个设备的文件操作集合。

list：内核中有很多字符设备，每个设备对应一个自己的cdev，这些cdev通过这个list连在一起，当注册一个新的cdev时，就会通过cdev里面的list挂到内核的cdev链表上。

count：同类设备，可以一次注册多个cdev，但是他们的操作方法(fops)是一样的，比如usb设备，多个usb共用一套操作方法(fops)，但是每个usb都有自己的cdev。

注册cdev结构体 – 添加一个字符设备(cdev)到系统中：

有注册同样也有释放：

最后的代码

Makefile：