实例详解：Linux字符驱动的开发与应用 (linux字符驱动实例)
随着计算机技术的不断发展，操作系统的种类也越来越多样化。其中，Linux操作系统在开源方面发挥了极大的作用，提供了各种各样的开源工具和平台，让开发者们可以自由地进行开发。
Linux系统中的字符驱动是其中的一个重要部分。这种驱动程序可以帮助Linux系统与硬件设备进行通信，使得硬件设备能够被正确地识别和使用。在本文中，我们将详细讨论Linux字符驱动的开发及其应用。
一、Linux字符驱动的基础知识
在学习Linux字符驱动的开发之前，我们需要了解一些基础知识。
在Linux系统中，每一个设备都被表示为一个文件。这种文件称为设备文件。设备文件的特点是可以像普通文件一样被访问和编辑。但是，由于设备本身是硬件设备，因此对设备文件的访问会被转化为对硬件设备的操作。
在Linux系统中，硬件设备通常被分为三种类型：字符设备、块设备和网络设备。在本文中，我们主要讨论的是字符设备。
字符设备在Linux系统中的表示方式是一个数字，称为主设备号。每个字符设备可以拥有不同的主设备号。除此之外，每个字符设备还可以有一些辅助设备号，被称为次设备号。字符设备的主设备号和次设备号可以帮助内核确定要使用哪个设备驱动程序与硬件设备进行通信。
Linux系统中一般使用C语言编写驱动程序。这是因为C语言具有良好的性能和可移植性，可以很好地适应不同的硬件设备和操作系统。
二、Linux字符驱动的开发过程
了解了Linux字符驱动的基础知识之后，我们来看一下Linux字符驱动的开发过程。
我们需要为要开发的字符设备创建一个设备文件。这可以通过以下命令实现：
“`
sudo mknod /dev/mydev c
“`
其中，mydev是我们为设备命名的名称。主设备号和次设备号可以根据需要进行设置。
接下来，我们需要编写字符驱动程序。驱动程序的代码通常包含以下几个部分：
1. 头文件。这些文件通常包括linux/init.h、linux/module.h、linux/fs.h等。
2. 模块初始化函数。该函数在驱动程序加载时被调用。
3. 文件操作函数。这些函数包括打开、关闭、读取、写入、控制等操作。这些函数是驱动程序的主要实现部分。
4. 模块清理函数。该函数在驱动程序卸载时被调用，用于清理模块中的资源。
下面是一个简单的例子：
“`
#include
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE(“GPL”);
int mydev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO “mydev: device is opened\n”);
return 0;
}
int mydev_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO “mydev: device is closed\n”);
return 0;
}
ssize_t mydev_read(struct file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
printk(KERN_INFO “mydev: read from device\n”);
return 0;
}
ssize_t mydev_write(struct file *filp, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
printk(KERN_INFO “mydev: write to device\n”);
return length;
}
struct file_operations mydev_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = mydev_open,
.release = mydev_release,
.read = mydev_read,
.write = mydev_write,
};
static int __init mydev_init(void)
{
printk(KERN_INFO “mydev: module is loaded\n”);
return register_chrdev(240, “mydev”, &mydev_fops);
}
static void __exit mydev_exit(void)
{
printk(KERN_INFO “mydev: module is unloaded\n”);
unregister_chrdev(240, “mydev”);
}
module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
“`
在上面的例子中，我们定义了四个文件操作函数，分别是打开、关闭、读取和写入函数。这些函数都很简单，只是输出一些信息。
除此之外，我们还定义了一个`struct file_operations`类型的变量，包含了这些文件操作函数的指针。然后，在初始化函数`mydev_init`中，我们调用了函数`register_chrdev`，将我们定义的文件操作符和主设备号240注册到内核中。在卸载函数`mydev_exit`中，我们调用了函数`unregister_chrdev`，将之前注册的主设备号卸载。
三、Linux字符驱动的应用
完成了字符驱动的开发之后，我们可以进行一些简单的测试。
使用make命令编译并安装我们的驱动程序：
“`
make
sudo inod mydev.ko
“`
然后，我们可以使用以下命令打开设备文件并对其进行一些操作：
“`
sudo cat /dev/mydev
“`
这时，我们的读取函数将会被调用，并输出一条信息。我们还可以对设备文件进行写入操作：
“`
sudo echo “hello” >/dev/mydev
“`
这时，我们的写入函数将会被调用，并输出一条信息。
相关问题拓展阅读：
在Linux内核中,注册字符设备驱动程序的函数是?
字符设备驱动程序框架 1、写出open、write函数 2、告诉内核 1）、定义一个struct file_operations结构并填充好 static struct file_operations first_drv_fops = { .owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */ .open = first_drv_open, .write = first_drv_write, }; 2）、把struct file_operations结构体告诉内核 major = register_chrdev(0, “first_drv”, &first_drv_fops); // 注册, 告诉内核相关参数：之一个，设备号，0自动分配主设备号，否则为主设备号0－255 第二个：设备名第二个：struct file_operations结构体 4）、register_chrdev由谁调用（入口函数调用） static int first_drv_init(void) 5）、入口函数须使用内核宏来修饰 module_init(first_drv_init); module_init会定义一个结构体，这个结构体里面有一个函数指针指向first_drv_init这个函数，当我们加载或安装一个驱动时，内核会自动找到这个结构体，然后调用里面的函数指针，这个函数指针指向first_drv_init这个函数，first_drv_init这个函数就是把struct file_operations结构体告诉内核 6）、有入口函数就有出口函数 module_exit(first_drv_exit); 最后加上协议 MODULE_LICENSE(“GPL”); 3、mdev根据系统信息自动创建设备节点： 每次写驱动都要手动创建设备文件过于麻烦，使用设备管理文件系统则方便很多。在2.6的内核以前一直使用的是devfs，但是它存在许多缺陷。它创建了大量的设备文件，其实这些设备更本不存在。而且设备与设备文件的映射具有不确定性，比如U盘即可能对应sda，又可能对应sdb。没有足够的主/辅设备号。2.6之后的内核引入了sysfs文件系统，它挂载在/sys上，配合udev使用，可以很好的完成devfs的功能，并弥补了那些缺点。（这里说一下，当今内核已经使用netlink了）。 udev是用户空间的一个应用程序，在嵌入式中用的是mdev，mdev在busybox中。mdev是udev的精简版。首先在busybox中添加支持mdev的选项： Linux System Utilities —> mdev Support /etc/mdev.conf Support subdirs/symlinks Support regular expressions substitutions when renaming device Support command execution at device addition/removal 然后修改/etc/init.d/rcS: echo /in/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug /in/mdev -s 执行mdev -s ：以‘-s’为参数调用位于 /in目录写的mdev（其实是个链接，作用是传递参数给/bin目录下的busybox程序并调用它），mdev扫描 /sys/class 和 /sys/block 中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为“dev”的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些信息为这个设备在/dev 下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次 “mdev -s”。热插拔事件：由于启动时运行了命 令：echo /in/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug ，那么当有热插拔事件产生时，内核就会调用位于 /in目录的mdev。这时mdev通过环境变量中的 ACTION 和 DEVPATH，来确定此次热插拔事件的动作以及影响了/sys中的那个目录。接着会看看这个目录中是否“dev”的属性文件，如果有就利用这些信息为 这个设备在/dev 下创建设备节点文件重新打包文件系统，这样/sys目录，/dev目录就有东西了下面是create_class的原型： #define class_create(owner, name) / ({ / static struct lock_class_key __key; / __class_create(owner, name, &__key); / }) extern struct class * __must_check __class_create(struct module *owner, const char *name, struct lock_class_key *key); class_destroy的原型如下： extern void class_destroy(struct class *cls); device_create的原型如下： extern struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, …) __attribute__((format(printf, 5, 6))); device_destroy的原型如下： extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt); 具体使用如下，可参考后面的实例： static struct class *firstdrv_class; static struct class_device *firstdrv_class_dev; firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, “firstdrv”); firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, “xyz”); /* /dev/xyz */ class_device_unregister(firstdrv_class_dev); class_destroy(firstdrv_class); 下面再来看一下应用程序如何找到这个结构体的在应用程序中我们使用open打开一个设备：如：open(/dev/, O_RDWR); 有一个属性，如字符设备为c,后面为读写权限，还有主设备名、次设备名，我们注册时 通过register_chrdev(0, “first_drv”, &first_drv_fops)（有主设备号，设备名，struct file_operations结构体）将first_drv_fops结构体注册到内核数组chrdev中去的，结构体中有open,write函数，那么应用程序如何找到它的，事实上是根据打开的这个文件的属性中的设备类型及主设备号在内核数组chrdev里面找到我们注册的first_drv_fops，实例代码： #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include static struct class *firstdrv_class; static struct class_device *firstdrv_class_dev; volatile unsigned long *gpfcon = NULL; volatile unsigned long *gpfdat = NULL; static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { //printk(“first_drv_open\n”); /* 配置GPF4,5,6为输出 */ *gpfcon &= ~((0x3); return 0; } if (strcmp(argv, “on”) == 0) { val = 1; } else { val = 0; } write(fd, &val, 4); return 0; }
Linux字符设备驱动的组成？
Linux系统下具有三种设备，分别是字符设备、块设备和网络设备，Linux下的字符设备是指只能一个字节一个字节读写的设备，不能随机读取设备内存中某一数据，读取数据的时候需要按照先后顺序进行，字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED等，接下来，简单介绍Linux字符设备驱动的基本结构。更多Linux介绍可查看《Linux就该这么学》。
在Linux中，字符设备驱动由如下几个部分组成。
1.字符设备驱动模块加载与卸载函数
在字符设备驱动模块加载函数中应该实现设备号的申请和cdev的注册，而在卸载函数中应实现设备号
的释放和cdev的注销。
Linux内核的编码习惯是为设备定义一个设备相关的结构体，该结构体包含设备所涉及的cdev、私有
数据及锁等信息。2.字符设备驱动的file_operations结构体中的成员函数
file_operations结构体中的成员函数是字符设备驱动与内核虚拟文件系统的接口，是用户空间对Linux
进行系统调用最终的落实者。设备驱动的读函数中，filp是文件结构体指针，buf是用户空间内存的地址，该地址在内核空间不宜直
接读写，count是要读的字节数，f_pos是读的位置相对于文件开头的偏移。
设备驱动的写函数中，filp是文件结构体指针，buf是用户空间内存的地址，该地址在内核空间不宜直
接读写，count是要写的字节数，f_pos是写的位置相对于文件开头的偏移。
由于用户空间不能直接访问内核空间的内存，因此借助了函数copy_from_user（）完成用户空间缓冲
区到内核空间的复制，以及copy_to_user（）完成内核空间到用户空间缓冲区的复制，见代码第6行和第14
行。
完成内核空间和用户空间内存复制的copy_from_user（）和copy_to_user（）的原型分别为：
unsigned long copy_from_user(void *to, const void _ _user *from, unsigned long count);
unsigned long copy_to_user(void _ _user *to, const void *from, unsigned long count);
上述函数均返回不能被复制的字节数，因此，如果完全复制成功，返回值为0。如果复制失败，则返
回负值。如果要复制的内存是简单类型，如char、int、long等，则可以使用简单的put_user（）和
get_user（）读和写函数中的_user是一个宏，表明其后的指针指向用户空间，实际上更多地充当了代码自注释的
功能。内核空间虽然可以访问用户空间的缓冲区，但是在访问之前，一般需要先检查其合法性，通过
access_ok（type，addr，size）进行判断，以确定传入的缓冲区的确属于用户空间。
17 Linux字符设备驱动概述
关于linux字符驱动实例的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。
