Linux驅動實踐：你知道【字符設備驅動程序】的兩種寫法嗎？

作  者：道哥，10 年嵌入式開發(fā)老兵，專注于：C/C 、嵌入式、Linux。

關注下方公眾號，回復【書籍】，獲取 Linux、嵌入式領域經典書籍；回復【PDF】，獲取所有原創(chuàng)文章( PDF 格式)。

目錄

• 混亂的 API 函數

  
  

• 舊的 API 函數

  
  

• 新的 API 函數

  
  

• 代碼實操

  
  

• 創(chuàng)建驅動程序源文件

  
  

• 創(chuàng)建 Makefile 文件

  
  

• 編譯、加載驅動模塊

  
  

• 應用程序

  
  

• 打開、讀取、寫入設備

  
  

• 卸載驅動模塊

  
  

• 小結

  
  

• 自動在 /dev 目錄下創(chuàng)建設備節(jié)點

  
  

• 代碼下載

  
  

別人的經驗，我們的階梯！

大家好，我是道哥，今天我為大伙兒解說的技術知識點是：【字符設備的驅動程序】。

在上一篇文章中，討論的是Linux系統(tǒng)中，驅動模塊的兩種編譯方式。

我們就繼續(xù)以此為基礎，用保姆級的粒度一步一步操作，來討論一下字符設備驅動程序的編寫方法。

1. 這篇文章的實際操作部分，使用的是的 API 函數;

   
   

2. 下一篇文章，再來演示新的 API 函數;

   
   

混亂的 API 函數

我在剛開始接觸Linux驅動的時候，非常的困擾：注冊一個字符設備，怎么有這么多的 API 函數??？

參考的每一篇文章中，使用的函數都不一樣，但是執(zhí)行結果都是符合預期的！

比如下面這幾個：

1. register_chrdev(...);

   
   

2. register_chrdev_regin(...);

   
   

3. cdev_add(...);

   
   

它們的功能都是向系統(tǒng)注冊字符設備，但是只從函數名上看，初學者誰能分得清它們的區(qū)別？！

這也難怪，Linux系統(tǒng)經過這么多年的發(fā)展，代碼更新是很正常的事情。

但是，我們參考的文章就沒法做到：很詳細的把文章中所描述內容的背景介紹清楚，往往都是文章作者在自己的實際工作環(huán)境中，測試某種方法解決了自己的問題，于是就記錄成文。

不同的文章、不同的工作上下文、不同的API函數調用，這往往就苦了我們初學者，特別是我這種有選擇障礙癥的人！

其實，上面這個幾個函數都是正確的，它們的功能都是類似的，它們是Linux系統(tǒng)中不同階段的產物。

舊的 API 函數

在Linux內核代碼2.4版本和早期的2.6版本中，注冊、卸載字符設備驅動程序的經典方式是：

注冊設備：

int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,struct file_operations *fops);

參數1 major：如果為0 - 由操作系統(tǒng)動態(tài)分配一個主設備號給這個設備；如果非0 - 驅動程序向系統(tǒng)申請，使用這個主設備號；

參數2 name：設備名稱；

參數3 fops：file_operations 類型的指針變量，用于操作設備；

如果是動態(tài)分配，那么這個函數的返回值就是：操作系統(tǒng)動態(tài)分配給這個設備的主設備號。

這個動態(tài)分配的設備號，我們要把它記住，因為在其他的API函數中需要使用它。

卸載設備：

int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name)

參數1 major：設備的主設備號，也就是 register_chrdev() 函數的返回值(動態(tài))，或者驅動程序指定的設備號(靜態(tài)方式);

參數2 name：設備名稱；

新的 API 函數

注冊設備：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name);
上面這2個注冊設備的函數，其實對應著舊的 API 函數 register_chrdev：把參數 1 表示的動態(tài)分配、靜態(tài)分配，拆分成2個函數而已。

也就是說：

register_chrdev_region(): 靜態(tài)注冊設備;

alloc_chrdev_region(): 動態(tài)注冊設備;

這兩個函數的參數含義是：

register_chrdev_region參數：

參數1 from: 注冊指定的設備號，這是靜態(tài)指定的，例如：MKDEV(200, 0) 表示起始主設備號 200, 起始次設備號為 0;

參數2 count: 驅動程序指定連續(xù)注冊的次設備號的個數，例如：起始次設備號是 0，count 為 10，表示驅動程序將會使用 0 ~ 9 這 10 個次設備號;

參數3 name：設備名稱;

alloc_chrdev_region參數：

參數1 dev: 動態(tài)注冊就是系統(tǒng)來分配設備號，那么驅動程序就要提供一個指針變量來接收系統(tǒng)分配的結果(設備號);

參數2 baseminor: 驅動程序指定此設備號的起始值;

參數3 count: 驅動程序指定連續(xù)注冊的次設備號的個數，例如：起始次設備號是 0，count 為 10，表示驅動程序將會使用 0 ~ 9 這 10 個次設備號;

參數4 name：設備名稱;

補充一下關于設備號的內容：

這里的結構體dev_t，用來保存設備號，包括主設備號和次設備號。

它本質上是一個32位的數，其中的12位用來表示主設備號，而其余20位用來表示次設備號。

系統(tǒng)中定義了3宏，來實現(xiàn)dev_t變量、主設備號、次設備號之間的轉換：

MAJOR(dev_t dev): 從  dev_t 類型中獲取主設備號;

MINOR(dev_t dev):  從 dev_t 類型中獲取次設備號;

MKDEV(int major,int minor): 把主設備號和次設備號轉換為 dev_t 類型;

卸載設備：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

參數1 from: 注銷的設備號;

參數2 count: 注銷的連續(xù)次設備號的個數;

代碼實操

下面，我們就用舊的API函數，一步一步的描述字符設備驅動程序的：編寫、加載和卸載過程。

如何使用新的API函數來編寫字符設備驅動程序，下一篇文章再詳細討論。

以下所有操作的工作目錄，都是與上一篇文章相同的，即：~/tmp/linux-4.15/drivers/。

創(chuàng)建驅動目錄和驅動程序

$ cd linux-4.15/drivers/
$ mkdir my_driver1
$ cd my_driver1
$ touch driver1.c
driver1.c文件的內容如下(不需要手敲，文末有代碼下載鏈接)：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

static unsigned int major;

int driver1_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("driver1_open is called. \n");
return 0;
}

ssize_t driver1_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
printk("driver1_read is called. \n");
return 0;
}

ssize_t driver1_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
printk("driver1_write is called. \n");
return 0;
}

static const struct file_operations driver1_ops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = driver1_open,
.read = driver1_read,
.write = driver1_write,
};

static int __init driver1_init(void)
{
printk("driver1_init is called. \n");

major = register_chrdev(0, "driver1",