x4412&ibox项目实战28－创建一个字符设备驱动

armeasy

在前面的devfs文件系统的实验中，是使用register_chrdev函数注册的字符设备驱动。本章节通过cdev_init及cdev_add函数注册一个字符设备驱动，同时通过put_user和get_user函数实现内核和应用程序之间的简单数据交互。

在kernel/drivers/char/x4412目录下新建x4412-cdev.c文件，编辑内容如下：

1. #include <linux/module.h>
   
2. #include <linux/fs.h>
   
3. #include <linux/errno.h>
   
4. #include <linux/init.h>
   
5. #include <linux/cdev.h>
   
6. #include <asm/uaccess.h>
   
7. #include <linux/device.h>
   
8. static int x4412_cdev_major;
   
9. static struct cdev x4412_cdev;
   
10. static struct class *cdev_class;
    
11. int x4412_cdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
    
12. {
    
13.          return 0;
    
14. }
    
15. int x4412_cdev_release(struct inode *inode, struct file *filp)
    
16. {
    
17.          return 0;
    
18. }
    
19. static long x4412_cdev_ioctl(struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)
    
20. {
    
21.          return 0;
    
22. }
    
23. static ssize_t x4412_cdev_read(struct file *filp, char __user *buf,size_t size,loff_t *ppos)
    
24. {
    
25.          int read_sizes = 0;
    
26.          char *p;
    
27.          char Message[]="This is x4412/ibox devboard.";
    
28. 
    
29.          p = Message;
    
30.          while(size && *p)
    
31.          {
    
32.                    if(put_user(*(p++),buf++))
    
33.                             return -EINVAL;
    
34.                    size--;
    
35.                    read_sizes++;
    
36.          }
    
37.          return read_sizes;
    
38. }
    
39. static ssize_t x4412_cdev_write(struct file *filp, const char __user *buf,size_t size, loff_t *ppos)
    
40. {
    
41.          int i;
    
42.          char str;
    
43.          for(i=0;i<size;i++)
    
44.          {
    
45.                    if(!get_user(str,buf++))
    
46.                             printk("%c",str);
    
47.          }
    
48.          printk("\r\n");
    
49.          return size;
    
50. }
    
51. static const struct file_operations x4412_fops =
    
52. {
    
53.          .owner = THIS_MODULE,
    
54.          .read = x4412_cdev_read,
    
55.          .write = x4412_cdev_write,
    
56.          .unlocked_ioctl = x4412_cdev_ioctl,
    
57.          .open = x4412_cdev_open,
    
58.          .release = x4412_cdev_release,
    
59. };
    
60. static void x4412_setup_cdev(void)
    
61. {
    
62.          int err, devno = MKDEV(x4412_cdev_major, 0);
    
63.          cdev_init(&x4412_cdev, &x4412_fops);
    
64.          err = cdev_add(&x4412_cdev, devno, 1);
    
65.          if (err)
    
66.                    printk(KERN_NOTICE "Error %d adding x4412_cdev", err);
    
67. }
    
68. 
    
69. static void x4412_clear_cdev(void)
    
70. {
    
71.          cdev_del(&x4412_cdev);
    
72.          unregister_chrdev_region(MKDEV(x4412_cdev_major, 0), 1);
    
73. }
    
74. int x4412_cdev_init(void)
    
75. {
    
76.          int result;
    
77.          dev_t devno;
    
78.          result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "x4412-cdev");
    
79.          x4412_cdev_major = MAJOR(devno);
    
80.          if(result < 0)
    
81.          {
    
82.                    printk("register x4412-cdev error!\r\n");
    
83.                    return result;
    
84.          }
    
85.          printk("x4412-cdev main dev number:%d\r\n",x4412_cdev_major);
    
86.          x4412_setup_cdev();
    
87.          cdev_class = class_create(THIS_MODULE,"x4412-cdev");
    
88.          if(IS_ERR(cdev_class))
    
89.          {
    
90.                    x4412_clear_cdev();
    
91.                    return PTR_ERR(cdev_class);
    
92.          }
    
93.          device_create(cdev_class,NULL,MKDEV(x4412_cdev_major,0),NULL,"x4412-cdev");
    
94.          return 0;
    
95. }
    
96. void x4412_cdev_exit(void)
    
97. {
    
98.          device_destroy(cdev_class,MKDEV(x4412_cdev_major,0));
    
99.          class_destroy(cdev_class);
    
100.          x4412_clear_cdev();
     
101. }
     
102. MODULE_AUTHOR("www.9tripod.com");
     
103. MODULE_LICENSE("GPL");
     
104. module_init(x4412_cdev_init);
     
105. module_exit(x4412_cdev_exit);

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       在模块初始化函数x4412_cdev_init中，通过alloc_chrdev_region函数自动分配设备号，再通过MAJOR函数将主设备号保存到全局变量x4412_cdev_major中，供其他函数调用。紧接着在x4412_setup_cdev函数中，通过MKDEV函数获取设备号，cdev_init和cdev_add函数实现file_operations相关函数的绑定和字符设备驱动的注册。class_create和device_create函数用于创建设备节点。

       驱动的框架搭建完成后，开始给file_operations成员封装必要的函数。本实验需要通过get_user和put_user函数实现内核和应用程序的数据交互，可以通过read和write函数实现。read函数对应x4412_cdev_read，函数中定义了一个字符串数组Message，同时定义了一个指针指向该字符串，然后通过put_user函数将这个字符串传送给上层应用。write函数对应x4412_cdev_write，函数中定义了一个字符变量str，通过get_user函数从上层应用读取一串字符并打印出来。file_operations结构体的其他几个成员都直接返回0，不做任何操作。

       在模块卸载函数中，device_destroy和class_destroy函数用于卸载设备节点和/sysfs目录下生成的相关目录，cdev_del函数用于注销设备驱动，unregister_chrdev_region函数用于注销设备号。注意，这几个函数在卸载函数中的先后顺序千万不要颠倒，否则将会崩溃。

       在kernel/drivers/char/x4412/Kconfig中添加如下语句：

1. config X4412_CDEV_DRIVER
   
2.          tristate "x4412 cdev driver"
   
3.          default m
   
4.          help
   
5.          compile for x4412 cdev driver,y for kernel,m for module.

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       在kernel/drivers/char/x4412/Makefile中添加如下语句：

1. obj-$(CONFIG_X4412_CDEV_DRIVER) += x4412-cdev.o

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       编译内核，在kernel/drivers/char/x4412目录下将会生成驱动模块x4412-cdev.ko文件。

       在ubuntu的用户目录或samba目录下新建应用程序x4412-cdev-app.c，编辑内容如下：

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <stdlib.h>
   
3. #include <fcntl.h>
   
4. #define DEVICE_NAME  "/dev/x4412-cdev"
   
5. 
   
6. int main(int argc,char **argv)
   
7. {
   
8.      　 int fd;
   
9.             char buf[30];
   
10.             char str[]="hello,x4412!";
    
11. 
    
12.         fd = open(DEVICE_NAME,O_RDWR);
    
13.         if(fd == -1)
    
14.         {
    
15.                   printf("open device %s error \n",DEVICE_NAME);
    
16.         }
    
17.         else
    
18.         {
    
19.                    read(fd,buf,30);
    
20.                    printf("read from kernel: %s\r\n",buf);
    
21.                    usleep(5000);
    
22.                    printf("write value to kernel:\r\n");
    
23.                    usleep(5000);
    
24.                    write(fd,str,12);
    
25.                    close(fd);
    
26.         }
    
27.         return 0;
    
28. }

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       应用程序通过open函数打开驱动后，调用read函数从驱动中读取数据并打印出来，然后将字符串数组str的内容通过write函数写到驱动中，在驱动中将应用写入的字符串打印出来。

       执行如下指令编译应用程序：

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

复制代码

       将映像文件x4412-cdev.ko及x4412-cdev-app拷贝到开发板，加载驱动测试：

1. [root@x4412 mnt]# cd /sys/devices/virtual/
   
2. [root@x4412 virtual]# ls
   
3. android_usb/ input/       net/         sound/       vc/
   
4. bdi/         mali/        ppp/         switch/      video4linux/
   
5. block/       mem/         rc/          tty/         vtconsole/
   
6. graphics/    misc/        regulator/   ump/
   
7. [root@x4412 virtual]# insmod /mnt/x4412-cdev.ko
   
8. [ 5602.304684] x4412-cdev main dev number:249
   
9. [root@x4412 virtual]# ls
   
10. android_usb/ input/       net/         sound/       vc/
    
11. bdi/         mali/        ppp/         switch/      video4linux/
    
12. block/       mem/         rc/          tty/         vtconsole/
    
13. graphics/    misc/        regulator/   ump/         x4412-cdev/
    
14. [root@x4412 virtual]#

复制代码

       可以看出，加载驱动后，在/sys/devices/virtual目录下生成了x4412-cdev目录。

1. [root@x4412 x4412-cdev]# more /proc/devices |grep x4412
   
2. 249 x4412-cdev
   
3. [root@x4412 x4412-cdev]#

复制代码

       这里表明设备驱动的主设备号为249。

1. [root@x4412 x4412-cdev]# ls /dev/x4412-cdev -la
   
2. crw-rw----    1 root     root      249,   0 Oct  3 09:47 /dev/x4412-cdev
   
3. [root@x4412 x4412-cdev]#

复制代码

       查看/dev下的设备节点时，有可能并不存在，执行mdev –s指令将会触发节点的生成。前面表明设备驱动的主设备号为249，次设备号为0。

       执行应用程序，观察现象是否和我们期望的一致：

1. [root@x4412 mnt]# ./x4412-cdev-app
   
2. read from kernel: This is x4412/ibox devboard.
   
3. write value to kernel:
   
4. [ 5858.796557] hello,x4412!
   
5. [root@x4412 mnt]#

复制代码

       很明显，无论是应用程序还是驱动程序，都是按照我们的要求有条不紊的执行。再来分析cdev_init，cdev_add及register_chrdev函数的区别。事实上，使用register_chrdev函数要居多，因为它用起来更加方便。事实上，register_chrdev函数的本质就是将cdev_alloc和cdev_add函数包装起来了，而cdev_alloc函数就相当于cdev_init函数，在kernel/fs/char_dev.c中可以看到register_chrdev的函数原型__register_chrdev()：

1. int __register_chrdev(unsigned int major, unsigned int baseminor,
   
2.                          unsigned int count, const char *name,
   
3.                          const struct file_operations *fops)
   
4. {
   
5.          struct char_device_struct *cd;
   
6.          struct cdev *cdev;
   
7.          int err = -ENOMEM;
   
8. 
   
9.          cd = __register_chrdev_region(major, baseminor, count, name);
   
10.          if (IS_ERR(cd))
    
11.                    return PTR_ERR(cd);
    
12.         
    
13.          cdev = cdev_alloc();
    
14.          if (!cdev)
    
15.                    goto out2;
    
16. 
    
17.          cdev->owner = fops->owner;
    
18.          cdev->ops = fops;
    
19.          kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
    
20.                   
    
21.          err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, baseminor), count);
    
22.          if (err)
    
23.                    goto out;
    
24. 
    
25.          cd->cdev = cdev;
    
26. 
    
27.          return major ? 0 : cd->major;
    
28. out:
    
29.          kobject_put(&cdev->kobj);
    
30. out2:
    
31.          kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, baseminor, count));
    
32.          return err;
    
33. }

复制代码

caoyimeng

很好，学习了