首先是内核初始化函数。代码如下。主要是三个步骤。1 生成设备号。 2 注册设备号。3 创建设备。
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define GLOBALMEM_SIZE 0X1000
#define MEM_CLEAR 0X1
#define GLOBALMEM_MAJOR 230
static int globalmem_major= GLOBALMEM_MAJOR;
module_param(globalmem_major,int,S_IRUGO);
struct globalmem_dev{
struct cdev cdev;
unsigned char mem[GLOBALMEM_SIZE];
};
static int __init globalmem_init(void)
{
int ret;
dev_t devno=MKDEV(globalmem_major,0); (1)
if(globalmem_major)
ret=register_chrdev_region(devno,1,"globalmem_tmp"); (2)
else{
ret=alloc_chrdev_region(&devno,0,1,"globalmem_tmp");
globalmem_major=MAJOR(devno);
}
if(ret < 0)
return ret;
globalmem_devp=kzalloc(sizeof(struct globalmem_dev),GFP_KERNEL);
if(!globalmem_devp){
ret=-EFAULT;
goto fail_malloc;
}
globalmem_setup_dev(globalmem_dev,0); (3)
return 0;
fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno,1);
return ret;
}
(1) 生成设备号
我们要注册一个设备，首先要生成这个设备的设备号。这里先分配一块大小为4KB的内存空间。同时将该值赋值给globalmem_major用于生成设备号
Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备
如下在dev下的设备，中，都是以b开头的。证明都是block设备。然后主设备号都是7，0,1,10都是次设备号
nb-test:/dev$ ls -al
brw-rw---- 1 root disk 7, 0 10月 24 16:36 loop0
brw-rw---- 1 root disk 7, 1 10月 24 16:36 loop1
brw-rw---- 1 root disk 7, 10 10月 24 16:36 loop10
和设备号相关的代码如下，
#define MINORBITS 20
#define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1)
#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))
设备号是个32bit，高12bit是主设备号，低20bit是次设备号。MAJOR宏将设备号向右移动20位得到主设备号，MINOR将设备号的高12位清0。MKDEV将主设备号ma左移20位，然后与次设备号mi相与得到设备号。
(2) 注册设备号
设备号生成，接下来的任务就是将设备号注册到系统中去。由于我们是创建有一个字符型的设备，因此调用函数register_chrdev_region。
函数的原型：int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
from是设备号，count是设备个数，name是设备名。实际上在里面调用的是
__register_chrdev_region 函数。这里面主要步骤包含几个
>1 申请一个设备结构体内存
cd = kzalloc(sizeof(struct char_device_struct), GFP_KERNEL);
>2在chrdevs中找到cd的插入位置，在chrdevs中是以升序排列的。
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
if ((*cp)->major > major ||
((*cp)->major == major &&
(((*cp)->baseminor >= baseminor) ||
((*cp)->baseminor + (*cp)->minorct > baseminor))))
break;
chrdevs是一个结构体指针数组，里面存储的的都是每个结构体的指针。这里为什么要用到结构体指针数组，下面会介绍
static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
>3 找到位置后，将cd插入到cp中去。这一段插入充分利用了指针的性质，在对于一个单链表的插入来说非常的巧妙。
cd->next = *cp;
*cp = cd;
cd和cp的类型申明如下。
struct char_device_struct *cd, **cp;
cd是char_device_struct的指针。cp是char_device_struct 指针的指针。在前面寻找插入位置的时候。循环控制方式如下，也就是说cp指向的是上一个节点的next指针的地址。
for (cp = &chrdevs[i]; *cp; cp = &(*cp)->next)
cd->next=*cp这个好理解，就是将cd的下一个节点指向*cp。那么*cp=cd相对比较抽象，这个的意思将cp地址存储的内容修改为cd。而cp地址指向的是上一个节点的next指针地址，将整个*cp赋值为cd，也就是将上一个节点的next指针地址所存储的值变为cd。这样就实现了将cd插入到了链表中去
用段代码来验证下：
struct linklist
{
int num;
struct linklist *next;
};
int main(int argc, char **argv)
{
int i;
struct linklist head;
struct linklist_tmp *s;
head.num = 0;
head.next = NULL;
struct linklist *tmp = NULL;
struct linklist **ttmp = NULL;
len = sizeof(a)/sizeof(int);
for (i = 1; i < 6; i += 2)
{
tmp = (struct linklist *)malloc(sizeof(struct linklist));
tmp->num = i;
tmp->next = head.next;
head.next = tmp;
}
ttmp = &(head.next);
while (*ttmp)
{
printf("%d, %016x, %016x, %016x
", (*ttmp)->num, ttmp, *ttmp, (*ttmp)->next);
ttmp = &((*ttmp)->next);
}
printf("============================
");
struct linklist addnode = { .num = 2,.next = NULL };
ttmp = &(head.next);
while (*ttmp)
{
if ((*ttmp)->num < addnode.num)
{
break;
}
ttmp = &((*ttmp)->next);
}
addnode.next = *ttmp;
*ttmp = &addnode;
ttmp = &(head.next);
while (*ttmp)
{
printf("%d, %016x, %016x, %016x,%016x
", (*ttmp)->num, ttmp, *ttmp, (*ttmp)->next,&((*ttmp)->next));
ttmp = &((*ttmp)->next);
}
return 0;
}
执行结果如下：
可以看到节点值为2 指针的指针就是以前节点值为1的地址。而节点值为1 指针的指针则被挪到了另外一个位置。
用下面这个图来表示更直观，*cp = cd; 也就意味着地址为1d7696c存储的值变为0b3fab4，而地址0b3fab4存储的节点就是插入的节点2。而0b3fab4指向节点1的地址也就是1d76930。而1d76930的地址则变为另外一个。
通过这种二级指针的方式实现了单链表的插入。这种方法避免了传统的删除或插入链表节点需要记录链表prev节点。同样的也可以用这种方式进行删除节点
void remove_if(node ** head, remove_fn rm)
{
for (node** curr = head; *curr; )
{
node * entry = *curr;
if (rm(entry))
{
*curr = entry->next;
free(entry);
}
else
curr = &entry->next;
}
}
(3) Cdev的初始化和添加。
>1 首先是cdev的初始化。其中最重要的工作就是注册设备的操作函数。设备的注册函数实现如下。
static int globalmem_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
filp->private_data=globalmem_devp;
return 0;
}
static int globalmem_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
return 0;
}
static long globalmem_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{
struct globalmem_dev *dev=filp->private_data;
switch(cmd)
{
case MEM_CLEAR:
memset(dev->mem,0,GLOBALMEM_SIZE);
printk(KERN_INFO "globalmem is set to zero
");
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
static ssize_t globalmem_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t size,loff_t *ppos)
{
unsigned long p=*ppos;
unsigned int count=size;
int ret=0;
struct globalmem_dev *dev=filp->private_data;
if(p > GLOBALMEM_SIZE)
return 0;
if(count > GLOBALMEM_SIZE-p)
count=GLOBALMEM_SIZE-p;
if(copy_to_user(buf,dev->mem+p,count)){
ret=-EFAULT;
}
else{
*ppos+=count;
ret=count;
}
printk(KERN_INFO “read %u bytes(s) from %lu
”,count,p);
return ret;
}
static ssize_t globalmem_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p=*ppos;
unsigned int count=size;
int ret=0;
struct globalmem_dev *dev=filp->private_data;
if(p > GLOBALMEM_SIZE)
return 0;
if(count > GLOBALMEM_SIZE-p)
count=GLOBALMEM_SIZE-p;
if(copy_from_user(dev->mem+p,buf,count))
ret=-EFAULT;
else{
*ppos+=count;
ret=count;
printk(KERN_INFO "written %u bytes(s) from %lu
",count,p);
}
return ret;
}
static loff_t globalmem_llseek(struct file *filp,loff_t offset,int orig)
{
loff_t ret=0;
switch(orig){
case 0:
if (offset <0)
ret=-EFAULT;
break;
if ((unsigned int)offset > GLOBALMEM_SIZE){
ret=-EFAULT;
break;
}
filp->f_pos=(unsigned int)offset;
ret=filp->f_pos;
break;
case 1:
if((filp->f_pos+offset) > GLOBALMEM_SIZE){
ret=-EFAULT;
break;
}
if((filp->f_pos+offset) < 0){
ret=-EFAULT;
break;
}
filp->f_pos+=offset;
ret=filp->f_pos;
break;
}
return ret;
}
globalmem_fops就是操作的函数指针结构体。
static const struct file_operations globalmem_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.llseek=globalmem_llseek,
.read=globalmem_read,
.write=globalmem_write,
.unlocked_ioctl=globalmem_ioctl,
.open=globalmem_open,
.release=globalmem_release,
};
cdev_init的工作就是将这些操作函数赋给cdev->ops
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
{
memset(cdev, 0, sizeof *cdev);
INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);
kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);
cdev->ops = fops;
}
这里还有一个kobject_init函数，是用来初始化kobj对象的。这个下面介绍
>2 添加cdev设备。这里首先介绍kobj_map结构体
struct kobj_map {
struct probe {
struct probe *next; 链表结构
dev_t dev; 设备号
unsigned long range; 设备号的范围
struct module *owner;
kobj_probe_t *get;
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data; 指向struct cdev对象
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};
结构体中有一个互斥锁lock，一个probes[255]数组，数组元素为struct probe的指针。
根据下面的函数作用来看，kobj_map结构体是用来管理设备号及其对应的设备的。
kobj_map函数就是将指定的设备号加入到该数组，kobj_lookup则查找该结构体，然后返回对应设备号的kobject对象，利用利用该kobject对象，我们可以得到包含它的对象如cdev。struct probe结构体中的get函数指针就是用来获得kobject对象的
因此cdev_add其实就是想kobj中添加设备的过程，具体实现是用kobj_map函数。
其中cdev_map是定义在char_dev.c中的一个静态变量。
static struct kobj_map *cdev_map;
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
{
p->dev = dev;
p->count = count;
return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);
}
Kobj_map的代码如下
int kobj_map(struct kobj_map *domain, dev_t dev, unsigned long range,
struct module *module, kobj_probe_t *probe,
int (*lock)(dev_t, void *), void *data)
{
unsigned n = MAJOR(dev + range - 1) - MAJOR(dev) + 1;
unsigned index = MAJOR(dev);
unsigned i;
struct probe *p;
if (n > 255)
n = 255;
p = kmalloc(sizeof(struct probe) * n, GFP_KERNEL);
if (p == NULL)
return -ENOMEM;
for (i = 0; i < n; i++, p++) {
p->owner = module;
p->get = probe;
p->lock = lock;
p->dev = dev;
p->range = range;
p->data = data;
}
mutex_lock(domain->lock);
for (i = 0, p -= n; i < n; i++, p++, index++) {
struct probe **s = &domain->probes[index % 255];
while (*s && (*s)->range < range)
s = &(*s)->next;
p->next = *s;
*s = p;
}
mutex_unlock(domain->lock);
return 0;
}
至此设备的初始化，注册，插入功能都已全部完成，下面来试下功能。Makefile文件如下
#Makefile文件注意：假如前面的.c文件起名为first.c，那么这里的Makefile文件中的.o文
#件就要起名为first.o 只有root用户才能加载和卸载模块
obj-m:=global_test.o #产生global_test模块的目标文件
#目标文件 文件 要与模块名字相同
CURRENT_PATH:=$(shell pwd) #模块所在的当前路径
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) #linux内核代码的当前版本
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
CONFIG_MODULE_SIG=n
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean #清理模块
插入模块：sudo insmod global_test.ko。 此时在/proc/devices下能看到多出了主设备号为230的globalmem_tmp字符设备驱动
接下来创建节点，执行命令sudo mknod -m 766 /dev/globalmem_tmp c 230 0。 显示创建成功
cat /dev/globalmem_tmp 读取设备数据。可以看到能正常的读出数据
test:~/linux_prj/globalman$ cat /dev/globalmem_tmp
hello world