1.字符设备文件
通过字符设备文件，应用程序可以使用相应的字符设备驱动程序来控制字符设备。创建字符设备文件的方法：
- mknod /dev/文件名 c 主设备号 次设备号
- 使用函数在驱动程序中创建
2.设备描述结构
字符设备在内核中使用struct cdev来描述。
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops; //设备操作集
struct list_head list;
dev_t dev; //设备号
unsigned int count; //设备数
}
2.1设备号的操作
Linux内核中使用dev_t类型来定义设备号，dev_t这种类型其实质为32位的unsigned int，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号.
- 通过主设备号，次设备号，组合成dev_t类型
dev_t dev = MKDEV(主设备号，次设备号)
- 从dev_t中分解出主设备号
主设备号 = MAJOR(dev_t dev)
- 从dev_t中分解出次设备号
次设备号=MINOR(dev_t dev)
2.2设备号的分配
2.2.1静态申请
通过函数register_chrdev_region向内核申请使用。
缺点：如果申请使用的设备号已经被内核中的其他驱动使用了，则申请失败。
2.2.2动态分配
使用alloc_chrdev_region由内核分配一个可用的主设备号。
优点：因为内核知道哪些号已经被使用了，所以不会导致分配到已经被使用的号。
2.3设备号的注销
在驱动退出时，使用unregister_chrdev_region函数释放设备号。
3.操作函数集
struct file_operations {
//它是一个指向拥有这个结构的模块的指针. 这个成员用来在它的操作还在被使用时阻止模块被卸载. 几乎所有时间中, 它被简单初始化为 THIS_MODULE
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
int (*check_flags)(int);
int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
loff_t len);
int (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
};
这里面的函数在驱动中不用全部实现，不支持的操作留置为NULL即可。eg.
struct file_operations dev_fops = {
.llseek = NULL,
.read = dev_read,
.write = dev_write,
.ioctl = dev_ioctl,
.open = dev_open,
.release = dev_release,
};
4.描述结构
4.1分配
cdev变量的定义可以采用静态和动态两种办法
·静态分配struct cdev mdev;
·动态分配struct cdev *pdev = cdev_alloc();
4.2初始化
struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。
cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
参数：
cdev: 待初始化的cdev结构
fops: 设备对应的操作函数集
4.3注册
字符设备的注册使用cdev_add函数来完成。
cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
参数：
p: 待添加到内核的字符设备结构
dev: 设备号
count: 该类设备的设备个数
5.设备操作
5.1 open()
open设备方法是驱动程序用来为以后的操作，完成初始化准备工作的。在大部分驱动程序中，open完成标明次设备号、启动设备两个工作。
原型：
int (*open) (struct inode *, struct file *)
5.2 release()
设备方法有时也称为close
原型：
int (*release) (struct inode *, struct file *)
5.3 read()
read设备方法通常完成2件事情：
- 从设备中读取数据(属于硬件访问类操作）
- 将读取到的数据返回给应用程序
原型：
ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
参数分析：
filp：与字符设备文件关联的file结构指针, 由内核创建。
buff : 从设备读取到的数据，需要保存到的位置。由read系统调用提供该参数。
count: 请求传输的数据量，由read系统调用提供该参数。
offp: 文件的读写位置，由内核从file结构中取出后，传递进来。
5.4 write()
原型：
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)
5.5 补充
每一个存在于文件系统里面的文件都会关联一个inode 结构，该结构主要用来记录文件物理上的信息。因此, 它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件没有被打开时不会关联file结构，但是却会关联一个inode 结构。
重要成员：
dev_t i_rdev：设备号
6.驱动注销
从内核中卸载驱动程序的时候，需要使用cdev_del函数来完成字符设备的注销。
原型：
void cdev_del(struct cdev *);