Linux驱动开发笔记（四）：设备驱动介绍、熟悉杂项设备驱动和ubuntu开发杂项设备Demo

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Linux系统移植和驱动开发专栏

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前言

驱动的开发需要先熟悉基本概念类型，本篇讲解linux杂项设备基础，还是基于虚拟机ubuntu去制作驱动，只需要虚拟机就可以尝试编写注册杂项设备的基本流程。

linux三大设备驱动

字符设备：IO的传输过程是以字符为单位的，没有缓冲，比如I2C（SDA、SCL），SPI（MISO、MOSI、SCLK、CS）。
块设备：IO的传输过程是以块为单位的，跟存储相关的都属于块设备，比如tf卡，sd卡。
网络设备：IO的传输以socket套接字来访问的。

杂项设备

杂项设备是属于字符设备，可以自动生成设备节点，设备节点位于/dev/目录下，是设备名称，如/dev/ttyS9等。
主设备号相同，统一为10，次设备号不同，主设备相同可以节省内核资源。通过下列指令，可以查看系统杂项设备

cat /proc/misc

在虚拟机上测试，查看杂项：
在这里插入图片描述

设备号分为主设备号和次设备号，主设备号是唯一的，次设备号不一定唯一。通过下列指令，可以查看系统主设备号：

cat /proc/devices

在这里插入图片描述

杂项设备描述结构体

ubuntu来说，自带的/usr/src下的就是内核的头文件。

cd /usr/src/linux-headers-4.18.0-15
vi include/linux/miscdevice.h

定位到之前ubuntu自带的内核头文件下：
在这里插入图片描述

查看到杂项设备的结构体：

structmiscdevice{int minor;// 次设备号constchar*name;// 设备节点名称（如/dev/ttyS8，则ttyS是名称）conststructfile_operations*fops;// 文件操作集（非常重要）structlist_head list;structdevice*parent;structdevice*this_device;conststructattribute_group**groups;constchar*nodename;umode_t mode;};

（注意：没打注释的，一般不管）

杂项设备文件操作集

cd /usr/src/linux-headers-4.18.0-15
vi include/linux/fs.h

搜索到（vi则直接使用“/”）:
在这里插入图片描述

structfile_operations{structmodule*owner;loff_t(*llseek)(structfile*, loff_t,int);ssize_t(*read)(structfile*,char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t(*write)(structfile*,constchar __user *, size_t, loff_t *);ssize_t(*read_iter)(structkiocb*,structiov_iter*);ssize_t(*write_iter)(structkiocb*,structiov_iter*);int(*iterate)(structfile*,structdir_context*);int(*iterate_shared)(structfile*,structdir_context*);__poll_t(*poll)(structfile*,structpoll_table_struct*);long(*unlocked_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);long(*compat_ioctl)(structfile*,unsignedint,unsignedlong);int(*mmap)(structfile*,structvm_area_struct*);unsignedlong mmap_supported_flags;int(*open)(structinode*,structfile*);int(*flush)(structfile*, fl_owner_t id);int(*release)(structinode*,structfile*);int(*fsync)(structfile*, loff_t, loff_t,int datasync);int(*fasync)(int,structfile*,int);int(*lock)(structfile*,int,structfile_lock*);ssize_t(*sendpage)(structfile*,structpage*,int, size_t, loff_t *,int);unsignedlong(*get_unmapped_area)(structfile*,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong,unsignedlong);int(*check_flags)(int);int(*setfl)(structfile*,unsignedlong);int(*flock)(structfile*,int,structfile_lock*);ssize_t(*splice_write)(structpipe_inode_info*,structfile*, loff_t *, size_t,unsignedint);ssize_t(*splice_read)(structfile*, loff_t *,structpipe_inode_info*, size_t,unsignedint);int(*setlease)(structfile*,long,structfile_lock**,void**);long(*fallocate)(structfile*file,int mode, loff_t offset,
                          loff_t len);void(*show_fdinfo)(structseq_file*m,structfile*f);#ifndefCONFIG_MMUunsigned(*mmap_capabilities)(structfile*);#endifssize_t(*copy_file_range)(structfile*, loff_t,structfile*,
                        loff_t, size_t,unsignedint);int(*clone_file_range)(structfile*, loff_t,structfile*, loff_t,
                        u64);ssize_t(*dedupe_file_range)(structfile*, u64, u64,structfile*,
                        u64);} __randomize_layout;

例如read函数，那么就是打开驱动使用系统read，打开这个设备驱动的句柄，那么久会调用read函数，其他的以此类推，还比较好理解。
以我们一个registerHelloWorld为例子，来简单说明。

驱动编写空模板准备

首先复制之前的hello world的驱动，改个名字为：registerMiscDev：

cd ~/work/drive
cp-arf hellowolrd registerMiscDev

在这里插入图片描述

cd registerMiscDev/
rm *.ko *.o *.order *.symvers

这里删除起来麻烦，修改makefile，添加clean：
在这里插入图片描述

然后测试一下：
在这里插入图片描述

继续修改源码文件名称：

mv helloworld.c registerMiscDev.c

修改完如下：
在这里插入图片描述

然后修改makefile里面的（obj-m模块名称改下），模板准备好了
在这里插入图片描述

下面基于registerMiscDev.c文件进行注册杂项设备，在修改.c文件：
在这里插入图片描述

#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>staticintregisterMiscDev_init(void){// 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printkprintk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");return0;}staticvoidregisterMiscDev_exit(void){printk("bye-bye!!!\n");}MODULE_LICENSE("GPL");module_init(registerMiscDev_init);module_exit(registerMiscDev_exit);

杂项设备注册流程Demo

步骤一：填充miscdevice结构体

在编写驱动的时候，代码中填充信息结构体。
添加头文件miscdevice.h

#include<linux/miscdevice.h>#include<linux/fs.h>

在这里插入图片描述

然后填充杂项设备结构体：
在这里插入图片描述

(注意：开始为“.”，结束为“,”，最后一行习惯加“,”了，这样可以全部统一复制啥的，省的加没加的)

structmiscdevice misc_dev {.minor = MISC_DYNAMIC_MINRO,// 这个宏是动态分配次设备号，避免冲突.name = "register_hongPangZi_misc,// 设备节点名称.fops = misc_fops,// 这个变量记住，自己起的，步骤二使用}

在这里插入图片描述

步骤二：填充file_operations结构体

在编写驱动的时候，代码中填充文件操作结构体。
在这里插入图片描述

structfile_operations misc_fops {.owner = THIS_MODULE
}

在这里插入图片描述

步骤三：注册杂项设备并生成设备节点

注册到内核：

staticintregisterMiscDev_init(void){// 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printkprintk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");int ret =0;
    ret =misc_register(misc_dev);if(ret <0){printk("Failed to misc_register(misc_dev)\n");return-1;}return0;}

在这里插入图片描述

有注册就有注销：

staticintregisterMiscDev_init(void){// 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printkprintk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");int ret =0;
    ret =misc_register(&misc_dev);if(ret <0){printk("Failed to misc_register(misc_dev)\n");return-1;}return0;}

在这里插入图片描述

完整的文件源码：

#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/miscdevice.h>#include<linux/fs.h>structfile_operations misc_fops ={.owner = THIS_MODULE,};structmiscdevice misc_dev ={.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,// 这个宏是动态分配次设备号，避免冲突.name ="register_hongPangZi_misc",// 设备节点名称.fops =&misc_fops,// 这个变量记住，自己起的，步骤二使用};staticintregisterMiscDev_init(void){// 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printkprintk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");int ret =0;
    ret =misc_register(&misc_dev);if(ret <0){printk("Failed to misc_register(&misc_dev)\n");return-1;}return0;}staticvoidregisterMiscDev_exit(void){misc_deregister(&misc_dev);printk("bye-bye!!!\n");}MODULE_LICENSE("GPL");module_init(registerMiscDev_init);module_exit(registerMiscDev_exit);