Linux字符设备驱动编写基本流程

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---简介

Linux下的MISC简单字符设备驱动虽然使用简单，但却不灵活。
只能建立主设备号为10的设备文件。
字符设备比较容易理解，同时也能够满足大多数简单的硬件设备
字符设备通过文件系统中的名字来读取。这些名字就是文件系统
中的特殊文件或者称为设备文件、文件系统的简单结点，一般位
于/dev/目录下使用ls进行查看会显示以C开头证明这是字符设备文
件crw--w----  1 root tty       4,   0  4月 14 11:05 tty0。第一个数字是主设
备号，第二个数字是次设备号。

---分配和释放设备编号
1）在建立字符设备驱动时首先要获取设备号，为此目的的必要的
函数是register_chrdev_region,在linux/fs.h中声明：
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
first是你想要分配的起始设备编号，first的次编号通常是0，count
是你请求的连续设备编号的总数。count如果太大会溢出到下一个
主设备号中。name是设备的名字，他会出现在/proc/devices 和sysfs中。
操作成功返回0，如果失败会返回一个负的错误码。
2）如果明确知道设备号可用那么上一个方法可行，否则我们可以使用
内核动态分配的设备号int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor,
unsigned  int count, char *name);
dev是个只输出的参数，firstminor请求的第一个要用的次编号，count和name
的作用如上1）对于新驱动，最好的方法是进行动态分配
3）释放设备号，void unregister_chrdev_region(dev_t first unsigned int count);

---文件操作

file_operations结构体，内部连接了多个设备具体操作函数。该变量内部的
函数指针指向驱动程序中的具体操作，没有对应动作的指针设置为NULL。
1）fops的第一个成员是struct module *owner  通常都是设置成THIS_MODULE。
linux/module.h中定义的宏。用来在他的操作还在被使用时阻止模块被卸载。
2）loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);该方法用以改变文件中的当前读/写位置
返回新位置。
3）ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);该函数用以从设备文件
中读取数据，读取成功返回读取的字节数。
4）ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *,size_t , loff_t *);该函数用以向设备
写入数据，如果成功返回写入的字节数。
5）int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);ioctl系统调用提供
发出设备特定命令的方法。
6）int (*open) (struct inode *, struct file *);设备文件进行的第一个操作，打开设备文件。
7）int (*release) (struct inode *， struct file *);释放文件结构函数指针。
一般初始化该结构体如下：
struct file_operations fops = {
.owner = THIS_MODULE, .llseek = xxx_llseek,  .read = xxx_read,  .write = xxx_write,
.ioctl = xxx_ioctl, .open = xxx_open,  .release = xxx_release  };
PS:以上的文件操作函数指针并不是全部，只是介绍了几个常用的操作。

---文件结构

struct file定义在linux/fs.h中，是设备驱动中第二个最重要的数据结构，此处的file和
用户空间程序中的FILE指针没有关系。前者位于内核空间，后者位于用户控件。
文件结构代表一个打开的文件。（他不特定给设备驱动；系统中每个打开的文件
有一个关联的struct file在内核空间）。它由内核在open时创建，并可以传递给文件件
操作函数，文件关闭之后，内核释放数据结构。

1）mode_t  f_mode。确定文件读写模式
2）loff_t  f_ops。当前读写位置
3）unsigned int f_flags 。文件标志，O_RDONLY、O_NONBLOCK，
4）struct file_operations *f_op。关联文件相关操作
5）void *private_data。open系统调用设置该指针NULL，指向分配的数据。
6）struct dentry *f_dentry。关联到文件的目录入口dentry结构。

---inode结构

inode结构由内核在内部用来表示文件。它和代表打开文件描述符的文件结构是不
同的。inode结构包含大量关于文件的信息。作为通用规则，这个结构只有两个成
员对驱动代码有作用。
dev_t  i_rdev。对于代表设备文件的节点，这个成员包含实际的设备编号。
struct cdev *i_cdev。内核内部结构，代表字符设备。

---字符设备注册

在内核调用你的设备操作前，你编写分配并注册一个或几个struct cdev.
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc(); my_cdev->ops = &my_fops;
或者定义成static均可。
对定义的cdev变量进行初始化，可以使用专门的函数，或者使用如上的方法。
cdev_init( my_cdev, &my_fops);   其实上边的两行代码就是做了这个函数的工作。
最后告诉内核该cdev。
cdev_add(struct  cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);

/*上述总结，到此关于设备文件相关的结构数据以及如何注册销毁等操作相关的
   函数基本上都已经介绍完毕。主要的还是要设计具体操作的函数来实现具体的
   逻辑操作*/

   以下代码整理、摘录自《Android深度探索HAL与驱动开发-李宁》LED驱动篇
#include <linux/fs.h>  
#include <linux/cdev.h>  
#include <asm/uaccess.h>  
#include <linux/pci.h>  
#include <mach/map.h>  
#include <mach/regs-gpio.h>  
#include <mach/gpio-bank-m.h>  

#deifne DEVICE_NAME "s3c6410_leds"  
#define DEVICE_COUNT 1  
#define S3C6410_LEDS_MAJOR 0  
#define S3C6410_LEDS_MINOR 234  
#define PARAM_SIZE 3  

static int major = S3C6410_LEDS_MAJOR;  
static int minor = S3C6410_LEDS_MINOR;  
static dev_t dev_number;  
static int leds_state = 1;  
static charchar *params[] = {"string1","string2","string3"};  
static iint param_size = PARAM_SIZE;  
static struct classclass *leds_class = NULL;  

static int s3c6410_leds_ioctl (struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)  
{  
  switch (cmd)  
  {  
    unsigned tmp;  
    case 0:  
    case 1:  
    if (arg > 4)  
        return -EINVAL;  
    tmp = ioread32 (S3C64XX_GPMDAT);  
    if (cmd == 1)  
        tmp &= (~(1 << arg));  
    else  
        tmp |= (1 << arg);  
    iowrite32 (tmp, S3C64XX_GPMDAT);  
    return 0;  
    default : return -EINVAL;  
  }  
}   

static ssize_t s3c6410_leds_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)  
{  
  unsigned tmp = count;  
  unsigned long i = 0;  
  memset(mem, 0, 4);  

  if (count > 4)  
    tmp = 4;  
  if (copy_from_user (mem, buf, tmp) )  
    return -EFAULT;  
  else{  
    for( i=0; i<4; i++)  
    {  
      tmp = ioread32(S3C64XX_GPMDAT);  
      if (mem[i] == '1')  
        tmp &= (~(1 << i));  
      else  
        tmp |= (1 << i);  
      iowrite32(tmp, S3C64XX_GPMDAT);  
    }  
    return count;  
  }  
}  

static struct file_operations dev_fops =   
{.owner = THIS_MODULE, .unlocked_ioctl = s3c6410_leds_ioctl, .write = s3c6410_leds_write};  

static struct cdev leds_cdev;  

static int leds_create_device(void)  
{  
  int ret = 0;  
  int err = 0;  

  cdev_init (&leds_cdev,  &dev_fops);  
  leds_cdev.owner = THIS_MODULE;  

  if (major > 0)  
  {  
    dev_number = MKDEV(major,minor);  
    err = register_chrdev_region(dev_number, DEVICE_COUNT, DEVICE_NAME);  
    if (err < 0)  
    {  
      printk(KERN_WANRING "register_chrdev_region error\n");  
      return err  
    }  
  }  
  else{  
    err = alloc_chrdev_region(&leds_cdev.dev, 10, DEVICE_COUNT, DEVICE_NAME);  
    if(err < 0)  
    {  
        printk (KERN_WARNING "alloc_chrdev_region error\n");  
        return err;  
    }  
    major = MAJOR(leds_cdev.dev);  
    major = MINOR(leds_cdev.dev);  
    dev_number = leds_cdev.dev;  
  }  
  ret = cdev_add(&leds_cdev,dev_number, DEVICE_COUNT);  
  leds_class = class_create (THIS_MODULE, DEVICE_NAME);  
  device_create (leds_class, NULL, dev_number, NULL, DEVICE_NAME);  
  return ret;  
}  

static void leds_init_gpm(int leds_default){  

  int tmp = 0;  
  tmp = ioread32(S3C64XX_GPMCON);  
  tmp &= (~0xffff);  
  tmp |= 0x1111;  
  iowrite32(tmp,S3C64XX_GPMCON);  

  tmp = ioread32(S3C64XX_GPMPUD);  
  tmp &= (~0XFF);  
  tmp |= 0xaa;  
  iowrite32(tmp,S3C64XX_GPMPUD);  

  tmp = ioread32(S3C64XX_GPMDAT);  
  tmp &= (~0xf);  
  tmp |= leds_default;  
  iowrite32(tmp, S3C64XX_GPMDAT);  

}  

static leds_init( void)  
{  
  int ret;  

  ret = leds_create_device();  
  leds_init_gpm (~leds_state);  
  printk(DEVICE_NAME"\tinitialized\n");  

  return ret;  
}  

static void leds_destroy_device(void)  
{  
    device_destroy(leds_class, dev_number);  
    if(leds_class)  
        class_destroy(leds_class);  
    unregister_chrdev_region(dev_number, DEVICE_NAME);  
}  

static void leds_exit(void)  
{  
  leds_destroy_device();  
  printk(DEVICE_NAME"\texit\n");  
}  

module_init(leds_init);  
module_exit(leds_exit);  
module_param(leds_state, int, S_IRUGO|S_IWUSR);  
module_param_array(params, charp, ?m_size, S_IRUGO|S_IWUSR);  
MODULE_LICENSE("GPL");  
MODULE_AUTHOR("lining");