Linux设备驱动开发中,需要向内核正确注册设备,才能创建设备节点,以供应用层访问。本文将详细介绍Linux下的两种设备注册方法:杂项设备注册和Linux 2.6新方法注册。
一、杂项设备注册
杂项设备注册简介
杂项设备注册是Linux驱动开发中的一种设备注册方式。在Linux系统中，杂项设备是一类没有明确分类的设备，它们不属于字符设备、块设备或网络设备等特定类型。杂项设备可以包括各种不同类型的设备，如传感器、LED灯、温度计等。
杂项设备注册的目的是将这些杂项设备描述成设备文件，以便通过文件操作来控制和访问设备。通过设备文件，应用程序可以打开、关闭、读取和写入杂项设备，实现对设备的控制和数据交互。
在杂项设备注册中，使用struct miscdevice结构体来描述设备的属性和设备文件的名字。该结构体包含了主设备号、次设备号、设备文件名和文件操作集合等信息。通过调用misc_register函数，将杂项设备的核心结构体注册到内核中，完成设备的注册过程。
杂项设备注册的好处是它可以自动生成设备文件，无需手动创建。系统会根据设备的主设备号和次设备号，在/dev目录下自动创建对应的设备文件。这样，应用程序可以直接通过设备文件来访问和控制杂项设备，简化了设备的管理和使用。
杂项设备注册特点:
- 主设备号固定为10,次设备号自动分配
- 注册后在/dev目录自动创建设备节点
- 每个主机最多256个杂项设备
杂项设备注册相关API
misc_register()
功能
向内核注册一个杂项设备
头文件
Linux/miscdevice.h
原型
int misc_register(struct miscdevice * misc)
参数
struct miscdevice * misc：杂项设备注册的核心结构体
返回值
成功 0
失败 负数
struct miscdevice {//杂项注册核心结构体
int minor; //次设备号
const char *name; //设备的名字 会出现在 /dev/目录下
const structfile_operations *fops; 操作集合结构体
//以下内容可以不管
struct list_head list;
struct device *parent;
struct device*this_device;
const char *nodename;
umode_t mode;
};
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
struct file_operations {//操作集合结构体,使用时需要实现内核编程接口:open/close/read/write等。
structmodule *owner; //固定填写 THIS_MODULE
int(*open) (struct inode *, struct file *); //内核层的open函数
int(*release) (struct inode *, struct file *); //内核层的close函数
……………………………………..
};misc_deregister()
功能
取消注册的杂项设备
头文件
Linux/miscdevice.h
原型
int misc_deregister(struct miscdevice*misc)
参数
struct miscdevice *misc：杂项设备的核心结构体
返回值
成功 0
失败 负数 杂项设备注册相关例程
例程简介
这个例程的作用是实现一个蜂鸣器的控制功能。它包括了一个内核模块和一个用户态程序。
内核模块部分：
- 在模块初始化函数
bp_init中，首先进行了地址映射，将控制寄存器和数据寄存器映射到内核空间。 - 然后设置了蜂鸣器的相关寄存器，包括将控制寄存器的低四位设置为1，将数据寄存器的最低位设置为0。
- 接下来，通过
misc_register函数向内核注册了一个杂项设备。设置了该设备的打开和关闭函数，并指定了设备文件名和次设备号。 - 在模块退出函数
bp_exit中，调用misc_deregister函数取消注册杂项设备。
用户态程序部分：
- 在
main函数中，通过open函数打开设备文件/dev/bp_dev，并指定了读写权限。 - 然后进入一个循环，每隔一秒钟打开蜂鸣器并输出提示信息，再关闭蜂鸣器并输出提示信息。
- 循环会一直执行，直到程序被手动终止。
源码分享
/*驱动层相关源码*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
void __iomem *GPD0_CON = NULL; //控制寄存器
void __iomem *GPD0_DAT = NULL; //数据寄存器
struct file_operations bp_fops;
struct miscdevice bp_misc;
//开启蜂鸣器函数
int bp_open (struct inode *inode, struct file *file){
printk("蜂鸣器开启\n");
*((unsigned int *)GPD0_DAT) |= 0x1;
return 0;
}
//蜂鸣器关闭函数
int bp_close (struct inode *inode, struct file *file){
printk("蜂鸣器关闭\n");
*((unsigned int *)GPD0_DAT) &= ~(0x1);
return 0;
}
static int __init bp_init(void){
printk("加载蜂鸣器模块\n");
//地址映射
GPD0_CON = ioremap(0x114000a0, 2);
GPD0_DAT = ioremap(0x114000a4, 1);
//寄存器设置
*((unsigned int *)GPD0_CON) &= ~(0xf);
*((unsigned int *)GPD0_CON) |= (0x1);
*((unsigned int *)GPD0_DAT) &= (0x1);
//向内核注册一个杂项设备
bp_fops.open = bp_open; //打开蜂鸣器
bp_fops.release = bp_close; //关闭蜂鸣器
bp_fops.owner = THIS_MODULE; //模块所有者
bp_misc.minor = 255; //系统分配次设备号
bp_misc.name = "bp_dev"; //设备文件名
bp_misc.fops = &bp_fops; //文件操作集合
misc_register(&bp_misc);
return 0;
}
static void __exit bp_exit(void){
printk("卸载蜂鸣器模块\n");
misc_deregister(&bp_misc);
}
module_init(bp_init);
module_exit(bp_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YYY");
/*用户层相关源码*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int main(){
int bp_fd =0;
while(1){
bp_fd = open("/dev/bp_dev", O_RDWR);
if(bp_fd < 0){
printf("打开bp_dev失败\n");
perror("open");
}
printf("开启蜂鸣器\n");
sleep(1);
close(bp_fd);
printf("关闭蜂鸣器\n");
sleep(1);
}
return 0;
}二、Linux 2.6设备注册
Linux2.6设备注册简介
Linux 2.6内核引入了一种更灵活的设备注册机制，提供了设备模型来管理和注册设备。这种设备注册方式相对于旧版本的Linux内核更加面向对象，具有更好的可维护性和扩展性，也是当前比较最流行的设备注册方法。
Linux 2.6设备注册特点
- 提供更灵活的设备注册机制,主次设备号不再限定
- 注册后需要自行创建设备节点
- 支持模块化和多实例设计
- 可以灵活配置主次设备号
- 支持多实例和模块化设计
- 更好地处理多个设备的情况
Linux2.6设备注册流程
- 申请设备号(alloc_chrdev_region) 设备号由主设备号和次设备号组成，用于唯一标识一个设备。可以使用
alloc_chrdev_region函数动态申请字符设备号，或者使register_chrdev_region函数静态注册一个已知的设备号。 - 初始化cdev结构体(cdev_init)
cdev结构体表示字符设备。开发者需要初始化这个结构体，并将它与设备的文件操作函数关联起来。这可以通过cdev_init和cdev_add函数来完成。 - 注册cdev结构体(cdev_add)
cdev_add函数用于将cdev结构体添加到系统中，使得内核可以管理和操作这个设备。 - 创建设备类(class_create) 使用
class_create函数创建一个设备类，这个类将出现在/sys/class目录下。 - 创建设备节点(device_create) 用
device_create函数自动创建设备节点（通常位于/dev目录下），而不是手动使用mknod命令。
Linux2.6设备注册相关函数
alloc_chrdev_region()
功能
向内核申请设备号
头文件
Linux/fs.h
原型
int alloc_chrdev_region(dev_t * dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char * name)
参数
dev_t *dev, 用来存放获取到的设备号的变量
unsigned baseminor, 次设备号的起始位置
unsigned count, 要申请的设备号的数量
constchar *name 设备的名字
返回值
成功 0
失败 非零unregister_chrdev_region()
功能
释放设备号
头文件
Linux/fs.h
原型
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
参数
dev_t from, 要释放的设备号的起始位置
unsigned count 要释放的设备号的个数
返回值
无cdev_init()
功能
初始化linux2.6的核心结构体
头文件
Linux/cdev.h
原型
void cdev_init(struct cdev *cdev, conststruct file_operations *fops);
参数
struct cdev *cdev, linux2.6的核心结构体
const struct file_operations *fops 操作集合结构体
返回值
无cdev_add()
功能
注册一个linux2.6的核心结构体
头文件
Linux/cdev.h
原型
int cdev_add(struct cdev *, dev_t,unsigned);
参数
struct cdev *cdev, linux2.6的核心结构体
dev_t dev, 设备号unsigned count
向内核注册的linux2.6的核心结构体的个数 一般填1
返回值
成功 0
失败 错误码cdev_del()
功能
取消linux2.6核心结构体的注册
头文件
Linux/cdev.h
原型
void cdev_del(struct cdev *p)
参数
struct cdev *p：linux2.6的核心结构体指针
返回值
无class_create()
功能
创建类结构体
头文件
Linux/device.h
原型
struct class *class_create( struct module*owner, const char *name)
参数
struct module *owner, :THIS_MODULE
const char *name :类结构体的名字
返回值
成功 类结构体指针
失败 NULL device_create()
功能
自动生成设备文件
头文件
Linux/device.h
原型
struct device *device_create(struct class*class, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata, const char*fmt, ...)
参数
struct class *class, 类结构体的名字
struct device *parent, NULL
dev_t devt, 设备号
void*drvdata, 传给设备的私有数据 NULL
const char *fmt,... 设备的名字 会出现在/dev/目录下
返回值
成功 设备的结构体指针
失败 NULL device_destroy()
功能
销毁设备文件
头文件
Linux/device.h
原型
void device_destroy(struct class *class,dev_t devt)
参数
struct class *class, 类结构体
dev_t devt 设备号
返回值
无class_destroy()
功能
销毁类结构体
头文件
Linux/device.h
原型
void class_destroy(struct class *cls)
参数
struct class *cls:类结构体
返回值
无Linux2.6设备注册相关例程
例程简介
这个Linux内核模块的例程实现了一个简单的 LED 流水灯控制。
- Linux内核模块部分：
- 定义了一个字符设备驱动，设备名为"myled"。这个驱动通过
myopen和myclose函数控制LED灯的开关，并实现了流水灯效果。 - 在
myled_init函数中，首先通过alloc_chrdev_region函数申请设备号，然后初始化cdev结构体并通过cdev_add函数将其添加到系统中。接着创建一个类结构体，并在该类下创建设备文件。 - 在
myled_exit函数中，注销设备文件，注销类结构体，取消cdev的注册，并释放设备号。
- 用户空间程序部分：
- 这个程序通过打开"/dev/myled"设备文件来控制LED灯的开关。每次打开设备文件时，LED灯会按照流水灯的效果亮起，每次关闭设备文件时，LED灯会熄灭。
- 程序会无限循环打开和关闭设备文件，从而实现LED灯的不断闪烁。
源码分享
/*驱动层源码*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
dev_t mydev;
int count;
struct cdev mycdev;
struct file_operations myfops;
struct class *myclass = NULL;
//open函数实现，开灯，流水灯效果
int myopen (struct inode *inode, struct file *file){
if(count == 4)
count = 0;
gpio_set_value(EXYNOS4X12_GPM4(count), 0);
gpio_set_value(EXYNOS4_GPD0(0), 1);
count++;
printk("开灯%d\n", count);
return 0;
}
//close函数实现，关灯，流水灯效果
int myclose (struct inode *inode, struct file *file){
gpio_set_value(EXYNOS4X12_GPM4(count - 1), 1);
gpio_set_value(EXYNOS4_GPD0(0), 0);
printk("关灯%d\n", count - 1);
return 0;
}
static int __init myled_init(void){
//申请设备号
alloc_chrdev_region(&mydev, 0, 1, "myled");
printk("申请到的设备号为 %d\n", mydev);
printk("主设备号 %d\n", MAJOR(mydev));
printk("次设备号 %d\n", MINOR(mydev));
//初始化Linux2.6的核心结构体
myfops.owner = THIS_MODULE;
myfops.open = myopen;
myfops.release = myclose;
cdev_init(&mycdev, &myfops);
//向内核注册一个Linux2.6核心结构体
cdev_add(&mycdev, mydev, 1);
//创建一个类结构体
myclass = class_create(THIS_MODULE, "myled");
if(myclass == NULL){
printk("创建类结构体失败\n");
return -1;
}
//创建设备文件
device_create(myclass, NULL, mydev, NULL, "myled");
return 0;
}
static void __exit myled_exit(void){
//注销设备文件
device_destroy(myclass, mydev);
//注销类结构体
class_destroy(myclass);
//取消Linux2.6注册
cdev_del(&mycdev);
//释放设备号
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
}
module_init(myled_init);
module_exit(myled_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YYY");
/*用户层源码*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int main(){
int led_fd = 0;
while(1){
led_fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
if(led_fd < 0){
printf("打开myled失败\n");
perror("open");
}
printf("开灯\n");
sleep(1);
close(led_fd);
printf("关灯\n");
sleep(1);
}
return 0;
}//申请设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);
//初始化注册cdev
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);
int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count);
//创建设备节点
struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt,..);三、选择建议
- 简单的字符设备推荐使用杂项设备注册
- 需要灵活控制主次设备号的复杂设备使用Linux 2.6方法
- 在模块化设计方面,Linux 2.6方式更优秀