6.4 Linux 驱动开发 字符设备驱动模型

• 字符(char)设备是个能够像字节流（类似文件）一样被访问的设备。
• 对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O操作一般紧接着发生。
• 字符设备驱动程序通常至少要实现 open、close、read 和 write 系统调用。
• 比如我们常见的 lcd、触摸屏、键盘、led、串口等等，他们一般对应具体的硬件都是进行数据的采集、处理、传输。

一、在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备

struct cdev {
	struct kobject kobj;
	struct module *owner;//THIS_MODULE
	const struct file_operations *ops;//设备操作函数集合
	struct list_head list;
	dev_t dev;//设备号，高12主，低12次。分解主设备号：MAJOR(dev_t dev);分解次设备号：MINOR(dev_t dev)。合成设备号：MKDEV(int major,int minor)。
	unsigned int count;//设备数目
};

• __init：使用 __init 宏标记的函数，在内核完成初始化操作后，会将该函数所在的内存区域释放，从而节省内核的内存空间。
• __exit：__exit 宏会将标记的函数放置在特殊的 .exit.text 段中。如果内核配置支持模块卸载，那么在卸载模块时，会从 .exit.text 段中取出退出函数并执行。如果内核配置不允许模块卸载，.exit.text 段中的代码将不会被链接到最终的内核镜像中，从而节省空间。

二、设备号的申请与释放

//静态申请
newchr.devid = MKDEV(newchr.major , 0);//合成设备号
register_chrdev_region(newchr.devid, NEWCHR_CNT, NEWCHR_NAME);//必须显示人为指定设备号，向内核申请

//动态申请
alloc_chrdev_region(&newchr.devid , 0 , NEWCHR_CNT , NEWCHR_NAME); //由操作系统内核进行分配并申请。
newchr.major = MAJOR(newchr.devid);
newchr.minor = MINOR(newchr.devid);

//设备号的释放
unregister_chrdev_region(newchr.devid , NEWCHR_CNT);

三、字符设备的初始化与注册

static struct file_operations chrdevbase_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = chrdevbase_open,
    .read = chrdevbase_read,
    .write = chrdevbase_write,
    .release = chrdevbase_release,
};
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops); //初始化 cdev 结构体
int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count); // 将设备添加到内核：cdev结构体，要绑定的起始设备号，设备个数
void cdev_del(struct cdev *cdev); // 从 Linux 内核中注销相应的字符设备

四、设备操作函数

int (*open)(struct inode *, struct file *) //打开设备，响应open系统调用
int (*release)(struct inode *, struct file *);//关闭设备，响应close系统调用
loff_t (*llseek)(struct file *, loff_t, int) //重定位读写指针，响应lseek系统调用
ssize_t (*read)(struct file *, char __user *, size_t, loff_t *) //从设备读取数据，响应read系统调用
ssize_t (*write)(struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *) //向设备写入数据，响应write系统调用

五、完整示例

#define NEWCHR_CNT 1
#define NEWCHR_NAME "NEWCHR"
//内核缓存区
static char readbuf[100];						//读数据缓存
static char writebuf[100];						//写数据缓存
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};	//测试数据
//硬件寄存器
#define GPIO_TEST_BASE (0x01234567) 	//宏定义寄存器映射地址
static void __iomem *GPIO_TEST;			// __iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址

/* newchr设备结构体 */
struct