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

armeasy · 发表于 2014-9-27 18:34:24

　　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：

#include <linux/module.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#define x4412_char_MAJOR 224 //主设备号
static unsigned char simple_inc=0;
static unsigned char demoBuffer[256];
int x4412_char_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
if(simple_inc>0)
return -ERESTARTSYS;
simple_inc++;
return 0;
}
int x4412_char_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
simple_inc--;
return 0;
}
ssize_t x4412_char_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
/* 把数据复制到应用程序空间 */
if (copy_to_user(buf,demoBuffer,count))
{
count=-EFAULT;
}
return count;
}
ssize_t x4412_char_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
/* 把数据复制到内核空间 */
if (copy_from_user(demoBuffer+*f_pos, buf, count))
{
count = -EFAULT;
}
return count;
}
struct file_operations x4412_char_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = x4412_char_read,
.write = x4412_char_write,
.open = x4412_char_open,
.release = x4412_char_release,
};
int x4412_char_init_module(void)
{
int ret;
printk("x4412_char_init_module!\n");
//根据设备号与设备名注册字符设备
ret = register_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char", &x4412_char_fops);
if (ret < 0)
{
printk("Unable to register character device %d!\n",x4412_char_MAJOR);
return ret;
}
return 0;
}
void x4412_char_cleanup_module(void)
{
unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char");
printk("x4412_char_cleanup_module!\n");
}
module_init(x4412_char_init_module);
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：

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：

config X4412_CHAR_DRIVER
tristate "x4412 char driver"
default y
help
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：

[root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
[root@x4412 mnt]# insmod x4412-char.ko
[ 168.241683] x4412_char_init_module!
[root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
224 x4412_char
[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：

[root@x4412 mnt]# mknod /dev/x4412-char c 224 0
[root@x4412 mnt]# ls /dev/x4412-char -la
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：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
void main(void)
{
int fd;
int i;
char data[256];
int retval;
fd=open("/dev/x4412-char",O_RDWR);
if(fd==-1)
{
perror("error open\n");
exit(-1);
}
printf("open /dev/x4412-char successful\n");
//写数据
retval=write(fd,"www.9tripod.com",15);
if(retval==-1)
{
perror("write error\n");
exit(-1);
}
//读数据
retval=read(fd,data,15);
if(retval==-1)
{
perror("read error\n");
exit(-1);
}
data[retval]=0;
printf("read data:\n");
printf("%s\n",data);
//关闭设备
close(fd);
}

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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：

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：

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

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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：

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

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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：

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

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使用rmmod指令卸载驱动模块：

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

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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：

#include <linux/device.h>

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在模块初始化函数中添加相应函数自动创建设备节点：

int x4412_char_init_module(void)
{
int ret;
printk("x4412_char_init_module!\n");
//根据设备号与设备名注册字符设备
ret = register_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char", &x4412_char_fops);
if (ret < 0)
{
printk("Unable to register character device %d!\n",x4412_char_MAJOR);
return ret;
}
//创建class
x4412_char_dev_class = class_create(THIS_MODULE, "x4412_char");
if (IS_ERR(x4412_char_dev_class))
{
printk("create x4412_char dev class error!\r\n");
unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char");
return PTR_ERR(x4412_char_dev_class);
}
//创建节点
device_create(x4412_char_dev_class, NULL, MKDEV(x4412_char_MAJOR, 0), NULL, "x4412-char");
return 0;
}

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在模块卸载函数中添加相应的卸载函数：

void x4412_char_cleanup_module(void)
{
unregister_chrdev(x4412_char_MAJOR, "x4412_char");
device_destroy(x4412_char_dev_class, MKDEV(x4412_char_MAJOR, 0));
class_destroy(x4412_char_dev_class);
printk("x4412_char cleanup success!\n");
}

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指定主设备号：

#define x4412_char_MAJOR 224

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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。

[root@x4412 mnt]# ls /dev/x4412-char -la
crw-rw---- 1 root root 224, 0 Sep 27 10:24 /dev/x4412-char
[root@x4412 mnt]# more /proc/devices |grep x4412_char
224 x4412_char
[root@x4412 mnt]# ./x4412-char-app
open /dev/x4412-char successful
read data:
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 · 发表于 2015-9-16 16:04:27

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