Linux实践：一步一步编写字符设备驱动程序

    作  者：道哥，10＋年嵌入式开发老兵，专注于：C／C＋＋、嵌入式、Linux。
    目录
    API 函数
    编写驱动程序
    编写应用程序
    卸载驱动模块
    小结
    别人的经验，我们的阶梯！
    大家好，我是道哥，今天我们继续讨论： Linux 中字符设备的驱动程序。
    在上一篇文章中Linux驱动实践：你知道【字符设备驱动程序】的两种写法吗？我们说过：字符设备的驱动程序，有两套不同的API函数，并且在文中详细演示了利用旧的API函数来编写驱动程序。
    这篇文章，我们继续这个话题，实际演示一下：字符设备驱动程序的另一套API函数的使用方法。
    API 函数
    这里主要关注下面这 3 个函数：
    ／／ 静态注册设备
    int register＿chrdev＿region（dev＿t from， unsigned count， const char ＊name）；
    ／／ 动态注册设备
    int alloc＿chrdev＿region（dev＿t ＊dev， unsigned baseminor， unsigned count，const char ＊name）；
    ／／ 卸载设备
    void unregister＿chrdev＿region（dev＿t from， unsigned count）；
    关于静态和动态注册，主要的区别就在于：主设备号由谁来主导分配！
    静态注册：由我们的驱动程序来指定主设备号，即参数1：from；
    动态注册：由操作系统来分配，驱动程序提供一个变量来接收该设备号，即参数1： dev 指针；
    另外，在Linux 2．6后期的内核版本中，引入了 cdev 结构来描述一个字符设备，它的结构体成员是：
    
    与这个结构体相关的处理函数有：
    void cdev＿init（struct cdev ＊，struct file＿operations ＊）；
    初始化 cdev 的成员，主要是设置 file＿operations。
    strcut cdev ＊cdev＿alloc（void）；
    动态申请 cdev 内存。
    void cdev＿put（strcut cdev ＊p）；
    与 count 计数相关的操作。
    int cdev＿add（struct cdev ＊，dev＿t ，unsigned ）；
    向系统中添加一个 cdev，注册字符设备，需要在驱动被加载的时候调用。
    void cdev＿del（struct cdev ＊）；
    从系统中删除一个 cdev，注销字符设备，需要在驱动被卸载的时候调用。
    后面在代码演示的时候，可以看到cdev结构是如何被使用的。
    编写驱动
    按照惯例，我们仍然按照步骤，来讨论如何利用上述的APIs，来手写一个字符设备的驱动程序。
    以下所有操作的工作目录，都是与上一篇文章相同的，即：～／tmp／linux－4．15／drivers／。
    创建驱动目录和驱动程序
    ＄ cd linux－4．15／drivers／
    ＄ mkdir my＿driver2
    ＄ cd my＿driver2
    ＄ touch driver2．c
    driver2．c 文件的内容如下（不需要手敲，文末有代码下载链接）：
    
    
    这里看一下加载驱动模块时调用的 driver2＿init（ ） 函数，其中的 cdev＿init 用来把cdev结构体与 file＿operations 发生关联。
    在调用 alloc＿chrdev＿region（ ） 时，操作系统分配了主设备号，并且保存在 dev＿no 变量中，然后 cdev＿add（） 再把设备号与cdev结构体进行关联。
    创建 Makefile 文件
    ＄ touch Makefile
    内容如下：
    
    编译驱动模块＄ make
    得到驱动程序： driver2．ko 。
    加载驱动模块
    在加载驱动模块之前，先来检查一下系统中，几个与驱动设备相关的地方。
    先看一下 ／dev 目录下，目前还没有我们的设备节点（ ／dev／driver2 ）。
    ＄ ll ／dev／driver2
    ls： cannot access ＇／dev／driver2＇： No such file or directory
    再来查看一下 ／proc／devices 目录下，也没有 driver2 设备的设备号。
    ＄ cat ／proc／devices
    
    ／proc／devices 文件： 列出字符和块设备的主设备号，以及分配到这些设备号的设备名称。
    为了方便查看打印信息，把dmesg输出信息清理一下：
    ＄ sudo dmesg －c
    执行如下指令，加载驱动模块：
    ＄ sudo insmod driver2．ko
    当驱动程序被加载的时候，通过 module＿init（ ） 注册的函数 driver2＿init（） 将会被执行，那么其中的打印信息就会输出。
    还是通过 dmesg 指令来查看驱动模块的打印信息：
    ＄ dmesg
    
    此时，驱动模块已经被加载了！
    来查看一下 ／proc／devices 目录下显示的设备号：
    ＄ cat ／proc／devices
    
    设备已经注册了，主设备号是： 244 。
    但是，此时在／dev目录下，还没有我们需要的设备节点。
    在上一篇文章中介绍过，还可以利用 Linux 用户态的 udev 服务来自动创建设备节点。
    现在，我们手动创建设备节点：
    ＄ sudo mknod －m 660 ／dev／driver2 c 244 0
    主设备号 244 是从 ／proc／devices 查到的。
    检查一下是否创建成功：
    ＄ ll ／dev／driver2
    
    现在，设备的驱动程序已经加载了，设备节点也被创建好了，应用程序就可以来操作（读、写）这个设备了。
    应用程序
    应用程序仍然放在 ～／tmp／App／ 目录下。
    ＄ mkdir ～／tmp／App／app＿driver2
    ＄ cd ～／tmp／App／app＿driver2
    ＄ touch app＿driver2．c
    文件内容如下：
    
    接下来就是编译和测试了：
    ＄ gcc app＿driver2．c －o app＿driver2
    ＄
    ＄ sudo ．／app＿driver2
    ［sudo］ password for xxx： ＜输入用户密码＞
    read ret ＝ 0
    write ret ＝ 0
    从返回值来看，成功打开了设备，并且调用读函数、写函数都成功了！
    继续用dmesg命令查看一下：
    
    卸载驱动模块
    卸载指令：
    ＄ sudo rmmod driver2
    此时，／proc／devices 下主设备号 244 的 driver2 已经不存在了。
    
    再来看一下 dmesg的打印信息：
    
    可以看到：驱动程序中的 driver2＿exit（ ） 被调用执行了！
    小结
    以上就是利用“新的” API 函数，来编写字符设备的驱动程序。
    代码结构还是非常清晰的，这得益于Linux良好的驱动程序架构设计！这也是每一名架构师需要学习、努力模仿的地方。
    文中的测试代码，已经放在网盘了。