x4412&ibox项目实战23－使用register_chrdev注册字符设备

armeasy

　　为了加深对主次设备号以及设备文件系统的理解，我们编写一个最基础的字符设备文件系统，使用register_chrdev函数注册，手动指定驱动的主设备号，然后通过命令行创建设备节点，最后编写测试程序验证驱动的正确性。

       参考驱动源码如下：

1. #include <linux/module.h>
   
2. #include <asm/uaccess.h>
   
3. #include <linux/cdev.h>
   
4. #include <linux/fs.h>
   
5. #define x4412_char_MAJOR 224 //主设备号
   
6. static unsigned char simple_inc=0;
   
7. static unsigned char demoBuffer[256];
   
8. int x4412_char_open(struct inode *inode, struct file *filp)
   
9. {
   
10.     if(simple_inc>0)
    
11.                   return -ERESTARTSYS;
    
12.     simple_inc++;
    
13.     return 0;
    
14. }
    
15. int x4412_char_release(struct inode *inode, struct file *filp)
    
16. {
    
17.     simple_inc--;
    
18.     return 0;
    
19. }
    
20. ssize_t x4412_char_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
    
21. {
    
22.     /* 把数据复制到应用程序空间 */
    
23.     if (copy_to_user(buf,demoBuffer,count))
    
24.     {
    
25.        count=-EFAULT;  
    
26.     }
    
27.     return count;
    
28. }
    
29. ssize_t x4412_char_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
    
30. {
    
31.     /* 把数据复制到内核空间 */
    
32.     if (copy_from_user(demoBuffer+*f_pos, buf, count))
    
33.     {
    
34.         count = -EFAULT;
    
35.     }
    
36.     return count;
    
37. }
    
38. struct file_operations x4412_char_fops = {
    
39.     .owner =    THIS_MODULE,
    
40.     .read =     x4412_char_read,
    
41.     .write =    x4412_char_write,
    
42.     .open =     x4412_char_open,
    
43.     .release =  x4412_char_release,
    
44. };
    
45. int x4412_char_init_module(void)
    
46. {
    
47.     int ret;
    
48.     printk("x4412_char_init_module!\n");
    
49.     //根据设备号与设备名注册字符设备
    
50.     ret = register_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char", &x4412_char_fops);  
    
51.     if (ret < 0)
    
52.     {
    
53.         printk("Unable to register character device %d!\n",x4412_char_MAJOR);
    
54.         return ret;
    
55.     }
    
56.     return 0;
    
57. }
    
58. void x4412_char_cleanup_module(void)
    
59. {
    
60.     unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR,  "x4412_char");  
    
61.     printk("x4412_char_cleanup_module!\n");
    
62. }
    
63. 
    
64. module_init(x4412_char_init_module);
    
65. module_exit(x4412_char_cleanup_module);

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       本程序在模块初始化函数中调用register_chrdev函数，向内核注册一个名为x4412_char，主设备号为224的字符设备。在file_operations结构体中指定了x4412_char_read和x4412_char_write两个回调函数，他们分别使用copy_to_user和copy_from_user函数和应用程序交互数据。

       将源码文件命名为x4412-char.c，并放到kernel/drivers/char/x4412目录，在kernel/drivers/char/Makefile文件中添加如下语句：

1. obj-$(CONFIG_X4412_CHAR_DRIVER) += x4412-char.o

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       在kernel/drivers/char/Kconfig文件中添加如下语句：

1. config X4412_CHAR_DRIVER
   
2.          tristate "x4412 char driver"
   
3.          default y
   
4.          help
   
5.          compile for x4412 char driver,y for kernel,m for module.

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       为了一并测试注销设备的函数unregister_chrdev，将驱动编译成模块。加载驱动后，可以在/proc/modules下找到注册的设备名称和主设备号：

1. [root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
   
2. [root@x4412 mnt]# insmod x4412-char.ko
   
3. [  168.241683] x4412_char_init_module!
   
4. [root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
   
5. 224 x4412_char
   
6. [root@x4412 mnt]#

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       在驱动中并没有创建设备节点和次设备号。通过mknod指令手动创建设备结点以及次设备号：

1. [root@x4412 mnt]# mknod /dev/x4412-char c 224 0
   
2. [root@x4412 mnt]# ls /dev/x4412-char -la
   
3. crw-r--r--    1 root     root      224,   0 Sep 27 08:48 /dev/x4412-char

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       编写测试应用程序，向驱动中传入字符串www.9tripod.com，再从驱动中读取该字符串，并打印到串口终端。参考源码如下：

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <stdlib.h>
   
3. #include <fcntl.h>
   
4. void main(void)
   
5. {
   
6.     int fd;
   
7.     int i;
   
8.     char data[256];
   
9.     int retval;
   
10.     fd=open("/dev/x4412-char",O_RDWR);
    
11.     if(fd==-1)
    
12.     {
    
13.         perror("error open\n");
    
14.         exit(-1);
    
15.     }
    
16.     printf("open /dev/x4412-char successful\n");
    
17.     //写数据
    
18.     retval=write(fd,"www.9tripod.com",15);
    
19.     if(retval==-1)
    
20.     {
    
21.         perror("write error\n");
    
22.         exit(-1);
    
23.     }
    
24.     //读数据
    
25.     retval=read(fd,data,15);
    
26.     if(retval==-1)
    
27.     {
    
28.         perror("read error\n");
    
29.         exit(-1);
    
30.     }
    
31.     data[retval]=0;
    
32.     printf("read data:\n");
    
33.     printf("%s\n",data);
    
34.     //关闭设备
    
35.     close(fd);
    
36. }

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       将应用程序源码命名为x4412-char-app.c，保存到ubuntu的samba目录，执行如下指令编译测试程序：

1. arm-none-linux-gnueabi-gcc x4412-char-app.c -o x4412-char-app

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       将生成的测试程序映像x4412-char-app拷贝到开发板并执行，可以看到现象如下：

1. [root@x4412 mnt]# ./x4412-char-app
   
2. open /dev/x4412-char successful
   
3. read data:
   
4. www.9tripod.com

复制代码

       再从头梳理一遍整个实验原理。使用register_chrdev函数注册设备时，主设备号是手动指定的。如果内核已经存在这个主设备号，将不能正常注册。register_chrdev函数引入了自动注册主设备号的功能，当第一个参数为0时表示自动注册主设备号。不仿将驱动中的x4412_char_MAJOR定义为0，再来观察结果：

1. [root@x4412 mnt]# insmod x4412-char.ko
   
2. [   98.050237] x4412_char_init_module!
   
3. [root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
   
4. 249 x4412_char
   
5. [root@x4412 mnt]#

复制代码

       可见，register_chrdev函数自动分配主设备号为249。使用自动分配的方式可以消除设备注册失败的风险。这时创立设备节点时，应该对应正确的设备号了：

1. [root@x4412 mnt]# mknod /dev/x4412-char c 249 0
   
2. [root@x4412 mnt]# ./x4412-char-app
   
3. open /dev/x4412-char successful
   
4. read data:
   
5. www.9tripod.com

复制代码

       使用rmmod指令卸载驱动模块：

1. [root@x4412 mnt]# rmmod x4412-char.ko
   
2. [  382.105242] x4412_char_cleanup_module!

复制代码

       上面打印语句是在驱动的卸载函数中调用的。尽管这时模块被卸载，但是在/dev下的设备节点以及在/proc/devices下的设备名称仍然没有被删掉，机器重启之后，/dev一睥设备节点也不会删掉，这就是devfs文件系统最大的病源，udev文件系统应声而出，解决了devfs一系列令系统工程师头痛的问题。

       可以通过class_create和device_create函数自动创建设备节点，在驱动源码中声明头文件：

1. #include <linux/device.h>

复制代码

       在模块初始化函数中添加相应函数自动创建设备节点：

1. int x4412_char_init_module(void)
   
2. {
   
3.     int ret;
   
4.     printk("x4412_char_init_module!\n");
   
5.     //根据设备号与设备名注册字符设备
   
6.     ret = register_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char", &x4412_char_fops);  
   
7.     if (ret < 0)
   
8.     {
   
9.         printk("Unable to register character device %d!\n",x4412_char_MAJOR);
   
10.         return ret;
    
11.     }
    
12.     //创建class
    
13.     x4412_char_dev_class = class_create(THIS_MODULE, "x4412_char");
    
14.     if (IS_ERR(x4412_char_dev_class))
    
15.     {
    
16.          printk("create x4412_char dev class error!\r\n");
    
17.          unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char");
    
18.          return PTR_ERR(x4412_char_dev_class);
    
19.     }
    
20.     //创建节点
    
21.     device_create(x4412_char_dev_class, NULL, MKDEV(x4412_char_MAJOR, 0), NULL, "x4412-char");
    
22.     return 0;
    
23. }

复制代码

       在模块卸载函数中添加相应的卸载函数：

1. void x4412_char_cleanup_module(void)
   
2. {
   
3.     unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR,  "x4412_char");
   
4.     device_destroy(x4412_char_dev_class, MKDEV(x4412_char_MAJOR, 0));
   
5.     class_destroy(x4412_char_dev_class);
   
6.     printk("x4412_char cleanup success!\n");
   
7. }

复制代码

       指定主设备号：

1. #define x4412_char_MAJOR 224

复制代码

       将模块编译进内核，不要编译成模块形式，更新内核，观察设备节点是否自动生成，并用测试程序测试驱动是否正常。

1. [root@x4412 mnt]# ls /dev/x4412-char -la
   
2. crw-rw----    1 root     root      224,   0 Sep 27 10:24 /dev/x4412-char
   
3. [root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
   
4. 224 x4412_char
   
5. [root@x4412 mnt]# ./x4412-char-app
   
6. open /dev/x4412-char successful
   
7. read data:
   
8. www.9tripod.com

复制代码

       使用这种自动生成节点的方法，如果将主设备号定义为0，即自动生成主设备号，将无法自动产生设备节点。即便是手动指定主设备号，将驱动编译成模块后，通过insmod手动加载时，也不会产生设备节点。可见，devfs文件系统确实存在相当多的毛病。

studylinuxlong

尽管这时模块被卸载，但是在/dev下的设备节点以及在/proc/devices下的设备名称仍然没有被删掉，机器重启之后，/dev一睥设备节点也不会删掉，这就是devfs文件系统最大的病源，udev文件系统应声而出，解决了devfs一系列令系统工程师头痛的问题。
devfs文件系统确实存在相当多的毛病