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一、主设备号和此设备号<br />主设备号表示设备对应的驱动程序；次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。<br />内核用dev_t类型（）来保存设备编号，dev_t是一个32位的数，12位表示主设备号，20为表示次设备号。<br />在实际使用中，是通过中定义的宏来转换格式。<br />(dev_t)-->主设备号、次设备号 MAJOR(dev_t dev)<br />MINOR(dev_t dev)<br /><br />主设备号、次设备号-->(dev_t) MKDEV(int major,int minor) <br /><br />建立一个字符设备之前，驱动程序首先要做的事情就是获得设备编号。其这主要函数在中声明：<br /><br />int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count,<br />char *name); //指定设备编号<br /><br />int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,<br />unsigned int count, char *name); //动态生成设备编号<br /><br />void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count); //释放设备编号<br /><br /><br /><br />分配之设备号的最佳方式是：默认采用动态分配，同时保留在加载甚至是编译时指定主设备号的余地。<br /><br />以下是在scull.c中用来获取主设备好的代码：<br /><br />if (scull_major) {<br /> dev = MKDEV(scull_major, scull_minor);<br /> result = register_chrdev_region(dev, scull_nr_devs, 'scull');<br />} else {<br /> result = alloc_chrdev_region(&dev, scull_minor, scull_nr_devs,'scull');<br /> scull_major = MAJOR(dev);<br />}<br />if (result < 0) {<br /> printk(KERN_WARNING 'scull: can't get major %d<br />', scull_major);<br /> return result;<br />}<br /><br /><br /><br /><br /><br />在这部分中，比较重要的是在用函数获取设备编号后，其中的参数name是和该编号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices和sysfs中。<br /><br />看到这里，就可以理解为什么mdev和udev可以动态、自动地生成当前系统需要的设备文件。udev就是通过读取sysfs下的信息来识别硬件设备的.<br />(请看《理解和认识udev》<br />URL：http://blog.chinaunix.net/u/6541/showart_396425.html)<br /><br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br /><br /><br />二、一些重要的数据结构<br />大部分基本的驱动程序操作涉及及到三个重要的内核数据结构，分别是file_operations、file和inode，它们的定义都在。<br /><br /><br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br /><br /><br />三、字符设备的注册<br /><br />内核内部使用struct cdev结构来表示字符设备。在内核调用设备的操作之前，必须分配并注册一个或多个struct cdev。代码应包含，它定义了struct cdev以及与其相关的一些辅助函数。<br /><br />注册一个独立的cdev设备的基本过程如下：<br /><br />1、为struct cdev 分配空间(如果已经将struct cdev 嵌入到自己的设备的特定结构体中，并分配了空间，这步略过！)<br /><br />struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();<br /><br />2、初始化struct cdev <br /><br />void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops) <br />3、初始化cdev.owner<br /><br />cdev.owner = THIS_MODULE;<br /><br />4、cdev设置完成，通知内核struct cdev的信息（在执行这步之前必须确定你对struct cdev的以上设置已经完成！）<br /><br />int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)<br /><br />从系统中移除一个字符设备：void cdev_del(struct cdev *p)<br /><br />以下是scull中的初始化代码（之前已经为struct scull_dev 分配了空间）：<br /><br />/*<br />* Set up the char_dev structure for this device.<br />*/<br />static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev, int index)<br />{<br /> int err, devno = MKDEV(scull_major, scull_minor + index);<br /> <br /> cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops);<br /> dev->cdev.owner = THIS_MODULE;<br /> dev->cdev.ops = &scull_fops; //这句可以省略，在cdev_init中已经做过<br /> err = cdev_add (&dev->cdev, devno, 1);<br /> /* Fail gracefully if need be 这步值得注意*/<br /> if (err)<br /> printk(KERN_NOTICE 'Error %d adding scull%d', err, index);<br />}<br /><br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />四、scull模型的内存使用 <br /><br /><br /><br />以下是scull模型的结构体：<br /><br />/*<br />* Representation of scull quantum sets.<br />*/<br />struct scull_qset {<br /> void **data;<br /> struct scull_qset *next;<br />};<br /><br />struct scull_dev {<br /> struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */<br /> int quantum; /* the current quantum size */<br /> int qset; /* the current array size */<br /> unsigned long size; /* amount of data stored here */<br /> unsigned int access_key; /* used by sculluid and scullpriv */<br /> struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */<br /> struct cdev cdev; /* Char device structure */<br />};<br /><br /><br />scull驱动程序引入了两个Linux内核中用于内存管理的核心函数，它们的定义都在: void *kmalloc(size_t size, int flags);<br />void kfree(void *ptr);<br /><br /><br /><br />以下是scull模块中的一个释放整个数据区的函数（类似清零），将在scull以写方式打开和scull_cleanup_module中被调用：<br /><br />int scull_trim(struct scull_dev *dev)<br />{<br /> struct scull_qset *next, *dptr;<br /> int qset = dev->qset; /* 量子集中量子的个数*/<br /> int i;<br /> for (dptr = dev->data; dptr; dptr = next) { /* 循环scull_set个数次，直到dptr为NULL为止。*/<br /> if (dptr->data) {<br /> for (i = 0; i < qset; i++)/* 循环一个量子集中量子的个数次*/<br /> kfree(dptr->data);/* 释放其中一个量子的空间*/<br /><br /> kfree(dptr->data);/* 释放当前的scull_set的量子集的空间*/<br /> dptr->data = NULL;/* 释放一个scull_set中的void **data指针*/<br /> }<br /> next = dptr->next; /* 准备下个scull_set的指针*/<br /> kfree(dptr);/* 释放当前的scull_set*/<br /> }<br /> dev->size = 0; /* 当前的scull_device所存的数据为0字节*/<br /> dev->quantum = scull_quantum;/* 初始化一个量子的大小*/<br /> dev->qset = scull_qset;/* 初始化一个量子集中量子的个数*/<br /> dev->data = NULL;/* 释放当前的scull_device的struct scull_qset *data指针*/<br /> return 0;<br />}<br /><br /><br />以下是scull模块中的一个沿链表前行得到正确scull_set指针的函数，将在read和write方法中被调用：<br /><br />/*Follow the list*/<br />struct scull_qset *scull_follow(struct scull_dev *dev, int n)<br />{<br /> struct scull_qset *qs = dev->data;<br /> /* Allocate first qset explicitly if need be */<br /> if (! qs) {<br /> qs = dev->data = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);<br /> if (qs == NULL)<br /> return NULL; /* Never mind */<br /> memset(qs, 0, sizeof(struct scull_qset));<br /> }<br /> /* Then follow the list */<br /> while (n--) {<br /> if (!qs->next) {<br /> qs->next = kmalloc(sizeof(struct scull_qset), GFP_KERNEL);<br /> if (qs->next == NULL)<br /> return NULL; /* Never mind */<br /> memset(qs->next, 0, sizeof(struct scull_qset));<br /> }<br /> qs = qs->next;<br /> continue;<br /> }<br /> return qs;<br />}<br /><br /><br />其实这个函数的实质是：如果已经存在这个scull_set，就返回这个scull_set的指针。如果不存在这个scull_set，一边沿链表为scull_set分配空间一边沿链表前行，直到所需要的scull_set被分配到空间并初始化为止，就返回这个scull_set的指针。 <br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />五、open和release <br /><br />open方法提供给驱动程序以初始化的能力，为以后的操作作准备。应完成的工作如下：<br /><br />(1)检查设备特定的错误（如设备未就绪或硬件问题）；<br /><br />(2)如果设备是首次打开，则对其进行初始化；<br /><br />(3)如有必要，更新f_op指针；<br /><br />(4)分配并填写置于filp->private_data里的数据结构。<br /><br />而根据scull的实际情况，他的open函数只要完成第四步（将初始化过的struct scull_dev dev的指针传递到filp->private_data里，以备后用）就好了，所以open函数很简单。但是其中用到了定义在中的container_of宏，源码如下：<br /><br />#define container_of(ptr, type, member) ({ <br /> const typeof( ((type *)0)->member ) *__mptr = (ptr); <br /> (type *)( (char *)__mptr - offsetof(type,member) );})<br /><br /><br /><br />其实从源码可以看出，其作用就是：通过指针ptr，获得包含ptr所指向数据（是member结构体）的type结构体的指针。即是用指针得到另外一个指针。<br /><br />release方法提供释放内存，关闭设备的功能。应完成的工作如下：<br /><br />（1）释放由open分配的、保存在file->private_data中的所有内容；<br /><br />（2）在最后一次关闭操作时关闭设备。<br /><br />由于前面定义了scull是一个全局且持久的内存区，所以他的release什么都不做。<br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />六、read和write <br /><br />read和write方法的主要作用就是实现内核与用户空间之间的数据拷贝。因为Linux的内核空间和用户空间隔离的，所以要实现数据拷贝就必须使用在中定义的：<br /><br />unsigned long copy_to_user(void __user *to,<br /> const void *from,<br /> unsigned long count);<br />unsigned long copy_from_user(void *to,<br /> const void __user *from,<br /> unsigned long count);<br /><br /><br />而值得一提的是以上两个函数和<br /><br />#define __copy_from_user(to,from,n) (memcpy(to, (void __force *)from, n), 0)<br />#define __copy_to_user(to,from,n) (memcpy((void __force *)to, from, n), 0)<br /><br /><br />之间的关系：通过源码可知，前者调用后者，但前者在调用前对用户空间指针进行了检查。<br /><br />至于read和write 的具体函数比较简单，就在实验中验证好了。<br /><br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br /><br /><br />七、模块实验<br /><br /><br /><br />这次模块实验的使用是友善之臂SBC2440V4，使用Linux2.6.22.2内核。<br /><br />模块程序链接：scull模块源程序<br />模块测试程序链接：模块测试程序<br /><br />测试结果：<br /><br /><br />量子大小为6：<br /><br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/ [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod scull.ko scull_quantum=6<br /><br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cat /proc/devices<br />Character devices:<br /> 1 mem<br /> 2 pty<br /> 3 ttyp<br /> 4 /dev/vc/0<br /> 4 tty<br /> 4 ttyS<br /> 5 /dev/tty<br /> 5 /dev/console<br /> 5 /dev/ptmx<br /> 7 vcs<br />10 misc<br />13 input<br />14 sound<br />81 video4linux<br />89 i2c<br />90 mtd<br />116 alsa<br />128 ptm<br />136 pts<br />180 usb<br />189 usb_device<br />204 s3c2410_serial<br />252 scull<br />253 usb_endpoint<br />254 rtc<br /><br />Block devices:<br /> 1 ramdisk<br />256 rfd<br /> 7 loop<br />31 mtdblock<br />93 nftl<br />96 inftl<br />179 mmc<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#mknod -m 666 scull0 c 252 0<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#mknod -m 666 scull1 c 252 1<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#mknod -m 666 scull2 c 252 2<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#mknod -m 666 scull3 c 252 3<br /><br /><br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br /><br />启动测试程序<br /><br /><br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#./scull_test <br /><br /><br />write error! code=6 <br /><br /><br />write error! code=6 <br /><br /><br />write error! code=6 <br /><br /><br />write ok! code=2 <br /><br /><br />read error! code=6 <br /><br /><br />read error! code=6 <br /><br /><br />read error! code=6 <br /><br /><br />read ok! code=2 <br /><br /><br />[0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 [4]=4 <br /><br /><br />[5]=5 [6]=6 [7]=7 [8]=8 [9]=9 <br /><br /><br />[10]=10 [11]=11 [12]=12 [13]=13 [14]=14 <br /><br /><br />[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19<br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />改变量子大小为默认值4000：<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod scull<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod scull.ko<br /><br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />启动测试程序<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#./scull_test<br />write ok! code=20<br />read ok! code=20<br />[0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 [4]=4<br />[5]=5 [6]=6 [7]=7 [8]=8 [9]=9<br />[10]=10 [11]=11 [12]=12 [13]=13 [14]=14<br />[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19<br /><br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]# <br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />改变量子大小为6，量子集大小为2：<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod scull<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod scull.ko scull_quantum=6 scull_qset=2<br /><br />--------------------------------------------------------------------------------<br />启动测试程序<br />[Tekkaman2440@SBC2440V4]#./scull_test<br />write error! code=6<br />write error! code=6<br />write error! code=6<br />write ok! code=2<br />read error! code=6<br />read error! code=6<br />read error! code=6<br />read ok! code=2<br />[0]=0 [1]=1 [2]=2 [3]=3 [4]=4<br />[5]=5 [6]=6 [7]=7 [8]=8 [9]=9<br />[10]=10 [11]=11 [12]=12 [13]=13 [14]=14<br />[15]=15 [16]=16 [17]=17 [18]=18 [19]=19<br /> <br /><br /><br />实验不仅测试了模块的读写能力，还测试了量子读写是否有效。<br /> <br /> <br /> |
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