动态申请:
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
静态申请:
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
参数 from 是要申请的起始设备号,也就是给定的设备号;参数 count 是要申请的数量,一般都是一个;参数 name 是设备名字。
释放:
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
设备号申请示例:
1 int major; /* 主设备号 */
2 int minor; /* 次设备号 */
3 dev_t devid; /* 设备号 */
4
5 if (major) { /* 定义了主设备号 */
6 devid = MKDEV(major, 0); /* 大部分驱动次设备号都选择 0 */
7 register_chrdev_region(devid, 1, "test");
8 } else { /* 没有定义设备号 */
9 alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "test"); /* 申请设备号 */
10 major = MAJOR(devid); /* 获取分配号的主设备号 */
11 minor = MINOR(devid); /* 获取分配号的次设备号 */
12 }
copy_to_user和copy_from_user就是在进行驱动相关程序设计的时候,要经常遇到的两个函数。由于内核空间与用户空间的内存不能直接互访,因此借助函数copy_to_user()完成用户空间到内核空间的复制
unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)
unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)
1 struct cdev {
2 struct kobject kobj;
3 struct module *owner;
4 const struct file_operations *ops;
5 struct list_head list;
6 dev_t dev;
7 unsigned int count;
8 };
在 cdev 中有两个重要的成员变量:ops 和 dev,这两个就是字符设备文件操作函数集合file_operations 以及设备号 dev_t。编写字符设备驱动之前需要定义一个 cdev 结构体变量,这个变量就表示一个字符设备
定义好 cdev 变量以后就要使用 cdev_init 函数对其进行初始化
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
参数 cdev 就是要初始化的 cdev 结构体变量,参数 fops 就是字符设备文件操作函数集合
cdev_add 函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
参数 p 指向要添加的字符设备(cdev 结构体变量),参数 dev 就是设备所使用的设备号,参数 count 是要添加的设备数量。
卸载驱动的时候一定要使用 cdev_del 函数从 Linux 内核中删除相应的字符设备
void cdev_del(struct cdev *p)
参数 p 就是要删除的字符设备。
经过测试发现,在没有添加自动创建设备节点的代码之前,insmod 驱动之后并不会直接在/dev文件夹下创建设备节点,需要使用mknod 手动创建一个设备文件并且将这个文件和设备号关联
mkdnod /dev/global_mem c 250 0
这样有麻烦 busybox 提供类似于udev的简化版本 mdev 这个程序开机是不会自己启动的
所以需要在启动脚本中添加:
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
在完成上面的工作之后,我们还需要进行类和设备的创建
将宏 class_create 展开以后内容如下:
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)
class_create 一共有两个参数,参数 owner 一般为 THIS_MODULE,参数 name 是类名字。
返回值是个指向结构体 class 的指针,也就是创建的类。
卸载驱动程序的时候需要删除掉类,类删除函数为 class_destroy,函数原型如下:
void class_destroy(struct class *cls);
参数 cls 就是要删除的类。
上一小节创建好类以后还不能实现自动创建设备节点,我们还需要在这个类下创建一个设
备。使用 device_create 函数在类下面创建设备,device_create 函数原型如下:
struct device *device_create(struct class *class,
struct device *parent,
dev_t devt,
void *drvdata,
const char *fmt, …)
device_create 是个可变参数函数,参数 class 就是设备要创建哪个类下面;参数 parent 是父
设备,一般为 NULL,也就是没有父设备;参数 devt 是设备号;参数 drvdata 是设备可能会使用
的一些数据,一般为 NULL;参数 fmt 是设备名字,如果设置 fmt=xxx 的话,就会生成/dev/xxx
这个设备文件。返回值就是创建好的设备。同样的,卸载驱动的时候需要删除掉创建的设备,设备删除函数为 device_destroy,函数原型如下:
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
参数 class 是要删除的设备所处的类,参数 devt 是要删除的设备号。
cdev 中的file_operation变量是驱动中必须进行设置的
需要对其中几个函数指针进行赋值,常见函数原型如下:
static int global_mem_open(struct inode *inode ,struct file *flip)
static int global_mem_release(struct inode *inode ,struct file *flip)
static ssize_t global_mem_read(struct file* flip, char __user *buf,size_t size ,loff_t *ppos)
static ssize_t global_mem_write(struct file* flip, const char __user *buf,size_t size ,loff_t *ppos)
static loff_t global_mem_llseek(struct file* flip ,loff_t offset,int orig)
static long global_mem_ioctl(struct file* flip,unsigned int cmd,unsigned long arg)
static const struct file_operations global_mem_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=global_mem_open,
.release=global_mem_release,
.read=global_mem_read,
.write=global_mem_write,
.llseek=global_mem_llseek,
.unlocked_ioctl=global_mem_ioctl
};
#include //MOUDLE_XXX moudle_xxx
#include //file_operations register_chrdev_region alloc_chrdev_region
#include //__init __exit
#include //cdev
#include //copy_to_user copy_from_user
#include // device class
typedef struct {
//设备驱动变量
struct cdev cdev;
//设备号变量
dev_t devid;
int major;
int minor;
//设备节点相关变量
struct class *class;
struct device *device;
//用户变量
unsigned char mem[GLOBAL_MEM_SIZE];
}xxx_t;
xxx_t xxx;
//操作实现
xxx_open
xxx_release
···
static const struct file_operations xxx_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=xxx_open,
.release=xxx_release,
.read=xxx_read,
.write=xxx_write,
.llseek=xxx_llseek,
.unlocked_ioctl=xxx_ioctl
};
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
/*申请设备号*/
xxx.devid=MKDEV(xxx.major,xxx.minor);
if(global_mem.major!=0){//从devno 静态申请 一个设备号
ret=register_chrdev_region(xxx.devid,1,"globalmem");
}else{//从devno 动态申请一个设备号
ret=alloc_chrdev_region(&xxx.devid,0,1,"globalmem");
xxx.major=MAJOR(xxx.devid);
xxx.minor=MINOR(xxx.devid);
}
//初始化并且添加cdev
int devno=MKDEV(xxx.major,minor_index);
cdev_init(&xxx.cdev,&xxx_fops);
xxx.cdev.owner=THIS_MODULE;
ret=cdev_add(&xxx.cdev,devno,1);
if(ret)printk("CDEV ADD ERROR:%d\n",minor_index);
/* 创建类 */
class = class_create(THIS_MODULE, "xxx");
/* 创建设备 */
device = device_create(class, NULL, devid, NULL, "xxx");
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{
//删除驱动和设备号
cdev_del(&xxx.cdev);
unregister_chrdev_region(xxx.devid,1);
/* 删除设备 */
device_destroy(xxx.class, xxx.devid);
/* 删除类 */
class_destroy(xxx.class);
}
//申明模块出口和入口
module_init(xxx_init);
module_exit(xxx_exit);
//申明作者 和 开源协议
MODULE_AUTHOR("YURI");
MODULE_LICENSE("GPL");
/*
* @Copyright:
* @FileNames:
* @Description: 申请全局内存4096 并使用该内存进行 用户和内核之间的数据交换
* @Author:
* @Date: 2022-07-29 09:03:02
* @Version: V1.0
* @LastEditTime: 2022-07-29 16:28:25
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define GLOBAL_MEM_SIZE 0X1000
#define GLOBAL_MEM_DEBUG 1
#define GLOBAL_MEM_CLASS_NAME "global_mem" //创建的类名称
#define GLOBAL_MEM_NODE_NAME "global_mem_0" //创建的节点名称
#define GLOBAL_MEM_MAJOR 250
//CMD
#define GLOBAL_MEM_CLEAR 0X01 //清理内存 命令
typedef struct {
//设备驱动变量
struct cdev cdev;
//设备号变量
dev_t devid;
int major;
int minor;
//设备节点相关变量
struct class *class;
struct device *device;
//用户变量
unsigned char mem[GLOBAL_MEM_SIZE];
}global_mem_t;
global_mem_t global_mem;
/**
* @function: global_mem_open
* @description: 打开设备 并将内存清零
* @input:
* @output:
* @return {*}
* @param {inode} *inode
* @param {file} *flip
*/
static int global_mem_open(struct inode *inode ,struct file *flip)
{
printk("OPEN GLOBAL MEM\r\n");
flip->private_data=(void *)(&global_mem);
return 0;
}
/**
* @function: global_mem_release
* @description: 释放设备节点
* @input:
* @output:
* @return {*}
* @param {inode} *inode
* @param {file} *flip
*/
static int global_mem_release(struct inode *inode ,struct file *flip)
{
printk("RELEASE GLOBAL MEM\r\n");
return 0;
}
/**
* @function: global_mem_read
* @description: 拷贝数据到用户区
* @input:
* @output:
* @return {*}
* @param {file*} flip 文件结构体
* @param {char __user} *buf 从用户区拷贝出来的数据
* @param {size_t} size 传入数据大小
* @param {loff_t} *ppos 当前数据位置
*/
static ssize_t global_mem_read(struct file* flip, char __user *buf,size_t size ,loff_t *ppos)
{
int ret=0;
printk("READ GLOBAL MEM\r\n");
global_mem_t* dev=(global_mem_t*) flip->private_data;
//当前文件指针所处于的位置
unsigned long p=*ppos;
//需要读出的个数
unsigned int count=(unsigned int)size;
//检查读取位置合法性
if(p>=GLOBAL_MEM_SIZE)return 0;
if(count+p>GLOBAL_MEM_SIZE)count=GLOBAL_MEM_SIZE-p;
//拷贝数据到用户区
ret=copy_to_user(buf,dev->mem+p,count);
if (ret<0){
ret=-EFAULT;
}else{
*ppos+=count;
ret=count;
if(GLOBAL_MEM_DEBUG)printk("READ %d BYTES FROM KERNEL At %d\n",count,p);
}
return ret;
}
/**
* @function: global_mem_write
* @description:
* @input:
* @output:
* @return {*}
* @param {file*} flip
* @param {char __user} *buf
* @param {size_t} size
* @param {loff_t} *ppos
*/
static ssize_t global_mem_write(struct file* flip, const char __user *buf,size_t size ,loff_t *ppos)
{
int ret=0;
printk("WRITE GLOBAL MEM\r\n");
global_mem_t* dev=(global_mem_t*) flip->private_data;
//当前文件指针所处于的位置
unsigned long p=*ppos;
//需要读出的个数
unsigned int count=(unsigned int)size;
//检查读取位置合法性
if(p>=GLOBAL_MEM_SIZE)return 0;
if(count+p>GLOBAL_MEM_SIZE)count=GLOBAL_MEM_SIZE-p;
ret=copy_from_user(dev->mem+p,buf,count);
if(ret<0)ret=-EFAULT;
else{
*ppos+=count;
ret=count;
if(GLOBAL_MEM_DEBUG)printk("WRITE %d BYTES TO KERNEL AT %d\n",(int)count,(int)p);
}
return ret;
}
static loff_t global_mem_llseek(struct file* flip ,loff_t offset,int orig)
{
loff_t ret=0;
if(orig==0)//从头开始偏移
{
if(offset<0){
ret=-EINVAL;
goto end;
}
if((unsigned int) offset>GLOBAL_MEM_SIZE){
ret=-EINVAL;
goto end;
}
flip->f_pos=(unsigned int) offset;
ret=flip->f_pos;
}else if(orig==1)//从当前位置开始偏移
{
if(flip->f_pos+offset>GLOBAL_MEM_SIZE){
ret=-EINVAL;
goto end;
}
flip->f_pos+=offset;
ret=flip->f_pos;
}else{
ret=-EINVAL;
}
end:
return ret;
}
/**
* @function: global_mem_ioctl
* @description:
* @input:
* @output:
* @return {*}
* @param {file*} flip
* @param {unsigned int} cmd
* @param {unsigned long} arg
*/
static long global_mem_ioctl(struct file* flip,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{
global_mem_t *dev =(global_mem_t *) flip->private_data;
switch(cmd){
case GLOBAL_MEM_CLEAR:
memset(dev->mem,0,sizeof(dev->mem));
break;
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
static const struct file_operations global_mem_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=global_mem_open,
.release=global_mem_release,
.read=global_mem_read,
.write=global_mem_write,
.llseek=global_mem_llseek,
.unlocked_ioctl=global_mem_ioctl
};
/**
* @function: static void global_mem_setup_cdev(int minor_index)
* @description: 根据一个从设备号生成cdev
* @input:
* @output:
* @return {*}
*/
static void global_mem_setup_cdev(int minor_index)
{
int ret;
//得到设备号
int devno=MKDEV(global_mem.major,minor_index);
cdev_init(&global_mem.cdev,&global_mem_fops);
global_mem.cdev.owner=THIS_MODULE;
ret=cdev_add(&global_mem.cdev,devno,1);
if(ret)printk("CDEV ADD ERROR:%d\n",minor_index);
}
/**
* @function: global_mem_init
* @description: 申请设备号 并且注册cdev
* @input: void
* @output:
* @return {*}
*/
static int __init global_mem_init(void)
{
int ret;
//如果定义了静态主设备号 就采用静态申请的方式
global_mem.major=GLOBAL_MEM_MAJOR;
//得到需要注册的设备号
global_mem.devid=MKDEV(global_mem.major,global_mem.minor);
if(global_mem.major!=0){//从devno 静态申请 一个设备号
ret=register_chrdev_region(global_mem.devid,1,"globalmem");
}else{//从devno 动态申请一个设备号
ret=alloc_chrdev_region(&global_mem.devid,0,1,"globalmem");
global_mem.major=MAJOR(global_mem.devid);
global_mem.minor=MINOR(global_mem.devid);
}
memset(global_mem.mem,0,sizeof(global_mem.mem));
if(GLOBAL_MEM_DEBUG){
printk("主设备号:%d\n",global_mem.major);
printk("从设备号:%d\n",global_mem.minor);
}
global_mem_setup_cdev(global_mem.minor);
//创建设备 创建类
global_mem.class = class_create(THIS_MODULE, GLOBAL_MEM_CLASS_NAME);
global_mem.device = device_create(global_mem.class, NULL, global_mem.devid, NULL, GLOBAL_MEM_NODE_NAME);
return 0;
}
module_init(global_mem_init);
static void __exit global_mem_exit(void)
{
cdev_del(&global_mem.cdev);
unregister_chrdev_region(global_mem.devid,1);
//删除设备 删除类
device_destroy(global_mem.class, global_mem.devid);
class_destroy(global_mem.class);
}
module_exit(global_mem_exit);
MODULE_AUTHOR("YURI");
MODULE_LICENSE("GPL");
测试程序
/*
* @Copyright:
* @FileNames:
* @Description:
* @Author:
* @Date: 2022-07-29 13:44:24
* @Version: V1.0
* @LastEditTime: 2022-07-29 16:27:13
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define DEVICE_NAME "/dev/global_mem_0"
char test_data[1024];
char buf[1024];
int main()
{
int i=0,ret=0;
int fd=open(DEVICE_NAME,O_RDWR);
if(ret<0)perror("open error");
for(i=0;i<sizeof(test_data);i++){
test_data[i]=i%256;
}
printf("读写测试\n");
write(fd,test_data,sizeof(test_data));
sleep(1);
lseek(fd,0,SEEK_SET);
read(fd,buf,sizeof(buf));
for(i=0;i<sizeof(buf);i++){
//printf("%d \t",buf[i]);
if(buf[i]!=test_data[i]){
printf("\nDATA WRONG\n");
break;
}
}
printf("命令测试\n");
ioctl(fd,0x01);
lseek(fd,0,SEEK_SET);
read(fd,buf,sizeof(buf));
for(i=0;i<sizeof(buf);i++){
//printf("%d \t",buf[i]);
if(buf[i]!=0){
printf("\nDATA WRONG\n");
break;
}
}
printf("TEST OK \n");
close(fd);
return 0;
}
定义于11 #include
void * ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags);
其实现方式在于将对应寄存器物理地址 映射到内核区虚拟内存的虚拟地址中,此时
如果对这个映射的虚拟地址进行读写的话,MMU会自动将这个虚拟地址映射到物理地址上从而完成对于物理地址的控制。
似乎有的SOC 会将物理内存直接映射到虚拟内存中的一部分,从而可以不需要ioremap 可以直接读写寄存器。