Linux设备驱动之字符设备

字符设备是3大类设备（字符设备、块设备和网络设备）中较简单的一类设备，其驱动程序中完成的主要工作是初始化、添加和删除cdev结构体，申请和释放设备号，以及填充 file_operations结构体中的操作函数，实现file_operations结构体中的read（）、write（）和ioctl（）等函数是驱动设计的主体工作。

参考例程

源码

/* * 虚拟字符设备globalmem实例: *在globalmem字符设备驱动中会分配一片大小为 GLOBALMEM_SIZE（4KB） *的内存空间，并在驱动中提供针对该片内存的读写、控制和定位函数，以供用户空间的进程能通过 *Linux系统调用访问这片内存。 */#include <linux/module.h>#include <linux/types.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/mm.h>#include <linux/sched.h>#include <linux/init.h>#include <linux/cdev.h>#include <asm/io.h>#include <asm/system.h>#include <asm/uaccess.h>#define DEV_NAME "globalmem" /* /dev中显示的设备名 */#define DEV_MAJOR 0 /* 指定主设备号，为0则动态获取 *//* ioctl用的控制字 */#define GLOBALMEM_MAGIC "M"#define MEM_CLEAR _IO（GLOBALMEM_MAGIC, 0）/*--------------------------------------------------------------------- local vars *//*globalmem设备结构体*/typedef struct {struct cdev cdev; /* 字符设备cdev结构体*/#define MEM_SIZE 0x1000 /*全局内存最大4K字节*/unsigned char mem[MEM_SIZE]; /*全局内存*/struct semaphore sem; /*并发控制用的信号量*/} globalmem_dev_t;static int globalmem_major = DEV_MAJOR;static globalmem_dev_t *globalmem_devp; /*设备结构体指针*//*--------------------------------------------------------------------- file operations *//*文件打开函数*/static int globalmem_open（struct inode *inodep, struct file *filep）{/* 获取dev指针 */globalmem_dev_t *dev = container_of（inodep->i_cdev, globalmem_dev_t, cdev）;filep->private_data = dev;return 0;}/*文件释放函数*/static int globalmem_release（struct inode *inodep, struct file *filep）{return 0;}/*读函数*/static ssize_t globalmem_read（struct file *filep, char __user *buf, size_t len, loff_t *ppos）{globalmem_dev_t *dev = filep->private_data;unsigned long p = *ppos; int ret = 0;/*分析和获取有效的长度*/if （p > MEM_SIZE） {printk（KERN_EMERG "%s: overflow！
", __func__）;return - ENOMEM;}if （len > MEM_SIZE - p） {len = MEM_SIZE - p;}if （down_interruptible（&dev->sem）） /* 获得信号量*/return- ERESTARTSYS;/*内核空间->用户空间*/if （copy_to_user（buf, （void*）（dev->mem + p）, len）） {ret = - EFAULT;}else{*ppos += len;printk（KERN_INFO "%s: read %d bytes from %d
", DEV_NAME, （int）len, （int）p）;ret = len;}up（&dev->sem）; /* 释放信号量*/return ret;}/*写函数*/static ssize_t globalmem_write（struct file *filep, const char __user *buf, size_t len, loff_t *ppos）{globalmem_dev_t *dev = filep->private_data;int ret = 0;unsigned long p = *ppos; if （p > MEM_SIZE） {printk（KERN_EMERG "%s: overflow！
", __func__）;return - ENOMEM;}if （len > MEM_SIZE - p） {len = MEM_SIZE - p;}if （down_interruptible（&dev->sem）） /* 获得信号量*/return- ERESTARTSYS;/*用户空间->内核空间*/if （copy_from_user（dev->mem + p, buf, len）） {ret =- EFAULT;}else{*ppos += len;printk（KERN_INFO "%s: written %d bytes from %d
", DEV_NAME, （int）len, （int）p）;ret = len;}up（&dev->sem）; /* 释放信号量*/return ret;}/* seek文件定位函数 */static loff_t globalmem_llseek（struct file *filep, loff_t offset, int start）{globalmem_dev_t *dev = filep->private_data;int ret = 0;if （down_interruptible（&dev->sem）） /* 获得信号量*/return- ERESTARTSYS;switch （start） {case SEEK_SET:if （offset < 0 || offset > MEM_SIZE） {printk（KERN_EMERG "%s: overflow！
", __func__）;return - ENOMEM;}ret = filep->f_pos = offset;break;case SEEK_CUR:if （（filep->f_pos + offset） < 0 || （filep->f_pos + offset） > MEM_SIZE） {printk（KERN_EMERG "%s: overflow！
", __func__）;return - ENOMEM;}ret = filep->f_pos += offset;break;default:return - EINVAL;break;}up（&dev->sem）; /* 释放信号量*/printk（KERN_INFO "%s: set cur to %d.
", DEV_NAME, ret）;return ret;}/* ioctl设备控制函数 */static long globalmem_ioctl（struct file *filep, unsigned int cmd, unsigned long arg）{globalmem_dev_t *dev = filep->private_data;switch （cmd） {case MEM_CLEAR:if （down_interruptible（&dev->sem）） /* 获得信号量*/return- ERESTARTSYS;memset（dev->mem, 0, MEM_SIZE）;up（&dev->sem）; /* 释放信号量*/printk（KERN_INFO "%s: clear.
", DEV_NAME）;break;default:return - EINVAL;}return 0;}/*文件操作结构体*/static const struct file_operations globalmem_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = globalmem_open,.release= globalmem_release,.read = globalmem_read,.write= globalmem_write,.llseek = globalmem_llseek,.compat_ioctl = globalmem_ioctl};/*---------------------------------------------------------------------*//*初始化并注册cdev*/static int globalmem_setup（globalmem_dev_t *dev, int minor）{int ret = 0;dev_t devno = MKDEV（globalmem_major, minor）;cdev_init（&dev->cdev, &globalmem_fops）;dev->cdev.owner = THIS_MODULE;ret = cdev_add（&dev->cdev, devno, 1）;if （ret） {printk（KERN_NOTICE "%s: Error %d dev %d.
", DEV_NAME, ret, minor）;}return ret;}/*设备驱动模块加载函数*/static int __init globalmem_init（void）{int ret = 0;dev_t devno; /* 申请设备号*/if（globalmem_major）{devno = MKDEV（globalmem_major, 0）;ret = register_chrdev_region（devno, 2, DEV_NAME）;}else{ /* 动态申请设备号 */ret = alloc_chrdev_region（&devno, 0, 2, DEV_NAME）;globalmem_major = MAJOR（devno）;}if （ret < 0） {return ret;}/* 动态申请设备结构体的内存，创建两个设备 */globalmem_devp = kmalloc（2*sizeof（globalmem_dev_t）, GFP_KERNEL）;if （！globalmem_devp） {unregister_chrdev_region（devno, 2）;return - ENOMEM;}ret |= globalmem_setup（&globalmem_devp[0], 0）; /* globalmem0 */ret |= globalmem_setup（&globalmem_devp[1], 1）; /* globalmem1 */if（ret）return ret;init_MUTEX（&globalmem_devp[0].sem）; /*初始化信号量*/init_MUTEX（&globalmem_devp[1].sem）;printk（KERN_INFO "globalmem: up %d,%d.
", MAJOR（devno）, MINOR（devno））;return 0;}/*模块卸载函数*/static void __exit globalmem_exit（void）{cdev_del（&globalmem_devp[0].cdev）;cdev_del（&globalmem_devp[1].cdev）;kfree（globalmem_devp）;unregister_chrdev_region（MKDEV（globalmem_major, 0）, 2）;printk（KERN_INFO "globalmem: down.
"）;}/* 定义参数 */module_param（globalmem_major, int, S_IRUGO）;module_init（globalmem_init）;module_exit（globalmem_exit）;/* 模块描述及声明 */MODULE_AUTHOR（"Archie Xie <archixie@cnblogs.com>"）;MODULE_LICENSE（"Dual BSD/GPL"）;MODULE_DESCRIPTION（"A char device module just for demo."）;MODULE_ALIAS（"cdev gmem"）;MODULE_VERSION（"1.0"）;

用户空间验证

切换到root用户
插入模块insmod globalmem.ko
创建设备节点（后续例程会展示自动创建节点的方法）cat /proc/devices 找到主设备号majormknod /dev/globalmem0 c major 0 和 /dev/globalmem1 c major 1
读写测试echo "hello world" > /dev/globalmemcat /dev/globalmem

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