20150423 字符驱动程序的另一种写法(附源程序)

20150423 字符驱动程序的另一种写法(附源程序)

2015-04-23 李海沿

    以前刚开始学习编写驱动程序时，为了简单易懂，我们写注册字符驱动程序时，都是使用register_chrdev来实现。但是register_chrdev有一个缺点就是，使用它注册之后，一个主设备号的256个次设备号对应的同一个file_operation结构体，从而使操作系统最多就只能支持255个驱动程序，严重的束缚了操作系统。

    今天我们要实现的是另一种驱动程序编写方式，register_chrdev_region，使用它可以规定次设备号的某个区域是对应某一个file_operation结构体，而剩下的次设备号还可以做其他用途，很好的解决了前面register_chrdev所带来的缺点

    那我们开始吧！

一、实现步骤

1.定义主设备号为全局变量

2.编写file_operation结构体

3.定义cdev结构体，并且定义本驱动程序允许的次设备数目，定义一个class结构体用于自动创建设备节点

4.在入口函数中注册字符设备

如图所示：

36行：定义一个dev_t的结构体，用于保存mkdev得到的设备号的信息

39行：下来，若是已经制定了major主设备号，并且major不为0的话，则使用register_chrdev_region函数申请，参数分别为(dev_t，要申请的此设备号的个数，名字)。

所以，由于我们前面devid = MKDEV(major,0)并且次设备号的个数为2，所以若是申请成功的话，我们的hell_fops所定义的次设备号仅仅是(major,0)与(major,1)两个。

42行：当major未制定，或者major为0时，就会进入并且使用alloc_chrdev_region自动申请主设备号。

46行：初始化cdev结构体，并且添加cdev结构体，前面我们申请的次设备号个数为2，所以此处应该填2

50行：这一行，大家应该很熟悉了，主要是创建一个类，然后再类下面自动创建设备节点，省去了手工敲mknod命令。

5.在出口函数中依次卸载或者删除

6.在imx257开发板上编译测试：

加载驱动程序

如图所示，当我们打开/dev/hello0与/dev/hello1时是成功打开的，而打开/dev/hello2时，却发现打不开了，因为前面我们申请的字符驱动的次设备号的区域为(major,0)与(major,1)，而(major,2)却是并没有申请的，它没有对应的file_operations结构体，无法打开．

附上驱动程序1：

 1 /* 字符设备的另一种写法 */
 2 #include <linux/kernel.h>
 3 #include <linux/init.h>
 4 #include <linux/module.h>
 5 #include <linux/slab.h>
 6 #include <linux/jiffies.h>
 7 #include <linux/mutex.h>
 8 #include <linux/i2c.h>
 9 #include <linux/fs.h>
10 #include <asm/uaccess.h>
11 #include <linux/cdev.h>
12 
13 /* 1.确定主设备号 */
14 static int major;
15 
16 static int hello_open(struct inode *inode, struct file * file)
17 {
18     printk("hello  open ");
19     return 0;
20 }
21 
22 /* 2.构造file_operation结构体 */
23 static struct file_operations hello_fops = {
24     .owner = THIS_MODULE,
25     .open = hello_open,
26 };
27 
28 #define HELLO_CNT    2        //允许的次设备个数
29 static struct cdev hello_cdev;
30 
31 //自动创建设备节点
32 static struct class *cls;
33 
34 static int hello_init(void)
35 {
36     dev_t devid;
37     /* 3.告诉内核 */
38 #if 0
39     register_chrdev(0,"hello",&hello_fops);    
40         /* (major,0),(major,1)...(major,255) 都对应file_operation结构体 ，一个结构体占有了256个次设备号*/
41 #else
42     if(major){
43         devid = MKDEV(major, 0);            //此设备号从0开始
44         register_chrdev_region(devid, HELLO_CNT, "hello");    /* (major,0-1)对应hello_fops，其他的(major,2-255)都不对应hello_fops  */
45     }else{
46         alloc_chrdev_region(&devid, 0, HELLO_CNT, "hello"); /* (major,0-1)对应hello_fops */
47         major = MAJOR(devid);
48     }
49     cdev_init(&hello_cdev, &hello_fops);
50     cdev_add(&hello_cdev, devid, HELLO_CNT);        //设备的个数
51     
52 #endif    
53 
54     cls = class_create(THIS_MODULE, "hello");
55     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,0), NULL, "hello0");    /* /dev/hello0 */
56     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,1), NULL, "hello1");    /* /dev/hello1 */
57     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,2), NULL, "hello2");    /* /dev/hello2 由于对应的是(major,0-1),所以此处hello2是无法使用的 */ 
58 
59     return 0;
60 }
61 
62 static void hello_exit(void)
63 {
64     device_destroy(cls,MKDEV(major,0));
65     device_destroy(cls,MKDEV(major,1));
66     device_destroy(cls,MKDEV(major,2));
67     class_destroy(cls);
68     
69     cdev_del(&hello_cdev);
70     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,0), HELLO_CNT);
71 }
72 module_init(hello_init);
73 module_exit(hello_exit);
74 MODULE_LICENSE("GPL");
75 
76 
77 /*
78 ①register_chrdev_region / alloc_chrdev_region  从(主，次)到(主,次+n)都对应某个file_operation结构体
79 ②cdev_add
80 
81 和以前 255(主) x 255(次)不一样的是
82 现在已经拓展到20位了,   2^12(主) x 2^20(次)， 基本上已经足够支持很多驱动程序了
83  
84 */
hello_region_1.c

附上测试程序2：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <sys/stat.h>
 6 #include <fcntl.h>
 7 
 8 int main(int argc,char **argv)
 9 {
10     int fd;
11     if(argc != 2){
12         printf("%s <dev> {/dev/hello0 | /dev/hello1 | /dev/hello2} 
",argv[0]);
13     }
14     fd = open(argv[1],O_RDWR);
15     if(fd < 0)
16         printf("can't open %s
",argv[1]);
17     else
18         printf("can open %s
",argv[1]);
19     
20     return 0;
21 }
hello_test.c

二、一个主设备号是否能对应不同的file_operation结构体呢？

前面，我们已经确定了，我们申请字符设备时可以指定次设备号的区域，但是，我们可以如何使用/dev/hello2这个次设备号，同一个主设备号下，能不能有两个file_operations结构体呢？

接下来，在前面的驱动程序的基础上，我们来增加第二个file_operation结构体。

步骤和前面第一个是一样的。

在入口函数中注册第二个file_operation结构体

在出口函数中

在IMX257开发板上，编译加载驱动程序。

接下来，我们运行，cat /proc/devices

注意主设备为249所对应有两个名字，从而更加明确了，同一个主设备号可以对应多个file_operation结构体．

附上驱动程序2：

  1 /* 字符设备的另一种写法 */
  2 #include <linux/kernel.h>
  3 #include <linux/init.h>
  4 #include <linux/module.h>
  5 #include <linux/slab.h>
  6 #include <linux/jiffies.h>
  7 #include <linux/mutex.h>
  8 #include <linux/i2c.h>
  9 #include <linux/fs.h>
 10 #include <asm/uaccess.h>
 11 #include <linux/cdev.h>
 12 
 13 /* 1.确定主设备号 */
 14 static int major;
 15 
 16 static int hello_open(struct inode *inode, struct file * file)
 17 {
 18     printk("hello  open ");
 19     return 0;
 20 }
 21 
 22 /* 2.构造file_operation结构体 */
 23 static struct file_operations hello_fops = {
 24     .owner = THIS_MODULE,
 25     .open = hello_open,
 26 };
 27 
 28 static int hello2_open(struct inode *inode, struct file * file)
 29 {
 30     printk("hello2  open ");
 31     return 0;
 32 }
 33 
 34 /* 2.构造file_operation结构体 */
 35 static struct file_operations hello2_fops = {
 36     .owner = THIS_MODULE,
 37     .open = hello2_open,
 38 };
 39 
 40 #define HELLO_CNT    2        //允许的次设备个数
 41 static struct cdev hello_cdev;
 42 static struct cdev hello2_cdev;
 43 
 44 //自动创建设备节点
 45 static struct class *cls;
 46 
 47 static int hello_init(void)
 48 {
 49     dev_t devid;
 50     /* 3.告诉内核 */
 51 #if 0
 52     register_chrdev(0,"hello",&hello_fops);    
 53         /* (major,0),(major,1)...(major,255) 都对应file_operation结构体 ，一个结构体占有了256个次设备号*/
 54 #else
 55     if(major){
 56         devid = MKDEV(major, 0);            //此设备号从0开始
 57         register_chrdev_region(devid, HELLO_CNT, "hello");    /* (major,0-1)对应hello_fops，其他的(major,2-255)都不对应hello_fops  */
 58     }else{
 59         alloc_chrdev_region(&devid, 0, HELLO_CNT, "hello"); /* (major,0-1)对应hello_fops */
 60         major = MAJOR(devid);
 61     }
 62     cdev_init(&hello_cdev, &hello_fops);
 63     cdev_add(&hello_cdev, devid, HELLO_CNT);        //设备的个数
 64     
 65     devid = MKDEV(major, 2);            //此设备号从3开始
 66     register_chrdev_region(devid, 1, "hello2");    /* (major,2)对应hello2_fops，其他的(major,2-255)都不对应hello_fops  */
 67     cdev_init(&hello2_cdev, &hello2_fops);
 68     cdev_add(&hello2_cdev, devid, 1);        //设备的个数
 69 #endif    
 70 
 71     cls = class_create(THIS_MODULE, "hello");
 72     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,0), NULL, "hello0");    /* /dev/hello0 */
 73     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,1), NULL, "hello1");    /* /dev/hello1 */
 74     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,2), NULL, "hello2");    /* /dev/hello2 由于对应的是(major,0-1),所以此处hello2是无法使用的 */ 
 75 
 76     device_create(cls, NULL, MKDEV(major,3), NULL, "hello3");    /* /dev/hello2 由于对应的是(major,0-1),所以此处hello2是无法使用的 */ 
 77     return 0;
 78 }
 79 
 80 static void hello_exit(void)
 81 {
 82     device_destroy(cls,MKDEV(major,0));
 83     device_destroy(cls,MKDEV(major,1));
 84     device_destroy(cls,MKDEV(major,2));
 85     device_destroy(cls,MKDEV(major,3));
 86     class_destroy(cls);
 87     
 88     cdev_del(&hello_cdev);
 89     cdev_del(&hello2_cdev);
 90     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,0), HELLO_CNT);
 91     unregister_chrdev_region(MKDEV(major,2), 1);
 92 }
 93 module_init(hello_init);
 94 module_exit(hello_exit);
 95 MODULE_LICENSE("GPL");
 96 
 97 
 98 /*
 99 ①register_chrdev_region / alloc_chrdev_region  从(主，次)到(主,次+n)都对应某个file_operation结构体
100 ②cdev_add
101 
102 和以前 255(主) x 255(次)不一样的是
103 现在已经拓展到20位了,   2^12(主) x 2^20(次)， 基本上已经足够支持很多驱动程序了
104  
105 */
hello_region_2.c

附上测试程序2：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <sys/types.h>
 5 #include <sys/stat.h>
 6 #include <fcntl.h>
 7 
 8 int main(int argc,char **argv)
 9 {
10     int fd;
11     if(argc != 2){
12         printf("%s <dev> {/dev/hello0 | /dev/hello1 | /dev/hello2} 
",argv[0]);
13     }
14     fd = open(argv[1],O_RDWR);
15     if(fd < 0)
16         printf("can't open %s
",argv[1]);
17     else
18         printf("can open %s
",argv[1]);
19     
20     return 0;
21 }
hello_test.c
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