前面我發(fā)的那些文章寫的LED，按鍵，蜂鳴器這些驅(qū)動統(tǒng)稱為字符設(shè)備驅(qū)動，那么今天我們就來看看字符設(shè)備驅(qū)動的特點和如何來進行開發(fā)：

一、linux系統(tǒng)將設(shè)備分為3類：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。使用驅(qū)動程序：

1、字符設(shè)備：是指只能一個字節(jié)一個字節(jié)讀寫的設(shè)備，不能隨機讀取設(shè)備內(nèi)存中的某一數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)需要按照先后數(shù)據(jù)。字符設(shè)備是面向流的設(shè)備，常見的字符設(shè)備有鼠標(biāo)、鍵盤、串口、控制臺和LED設(shè)備等。
2、塊設(shè)備：是指可以從設(shè)備的任意位置讀取一定長度數(shù)據(jù)的設(shè)備。塊設(shè)備包括硬盤、磁盤、U盤和SD卡等。

　　每一個字符設(shè)備或塊設(shè)備都在/dev目錄下對應(yīng)一個設(shè)備文件。linux用戶程序通過設(shè)備文件（或稱設(shè)備節(jié)點）來使用驅(qū)動程序操作字符設(shè)備和塊設(shè)備。

3、字符設(shè)備驅(qū)動模型

二、字符設(shè)備驅(qū)動程序基礎(chǔ):
1、主設(shè)備號和次設(shè)備號（二者一起為設(shè)備號）：
　　一個字符設(shè)備或塊設(shè)備都有一個主設(shè)備號和一個次設(shè)備號。主設(shè)備號用來標(biāo)識與設(shè)備文件相連的驅(qū)動程序，用來反映設(shè)備類型。次設(shè)備號被驅(qū)動程序用來辨別操作的是哪個設(shè)備，用來區(qū)分同類型的設(shè)備。
　　linux內(nèi)核中，設(shè)備號用dev_t來描述，2.6.28中定義如下：
　　typedef u_long dev_t;
　　在32位機中是4個字節(jié)，高12位表示主設(shè)備號，低12位表示次設(shè)備號。

可以使用下列宏從dev_t中獲得主次設(shè)備號： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　也可以使用下列宏通過主次設(shè)備號生成dev_t:
MAJOR(dev_t dev);　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 MKDEV(int major,int minor);
MINOR(dev_t dev);

//宏定義：#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))

2、分配設(shè)備號（兩種方法）：

（1）靜態(tài)申請：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)；

/**
 * register_chrdev_region() - register a range of device numbers
 * @from: the first in the desired range of device numbers; must include
 *        the major number.
 * @count: the number of consecutive device numbers required
 * @name: the name of the device or driver.
 *
 * Return value is zero on success, a negative error code on failure. */

（2）動態(tài)分配：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)；

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)；     /**
 * alloc_chrdev_region() - register a range of char device numbers
 * @dev: output parameter for first assigned number
 * @baseminor: first of the requested range of minor numbers
 * @count: the number of minor numbers required
 * @name: the name of the associated device or driver
 *
 * Allocates a range of char device numbers.  The major number will be
 * chosen dynamically, and returned (along with the first minor number)
 * in @dev.  Returns zero or a negative error code. */

注銷設(shè)備號：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)；

創(chuàng)建設(shè)備文件：
利用cat /proc/devices查看申請到的設(shè)備名，設(shè)備號。
（1）使用mknod手工創(chuàng)建：mknod filename type major minor
（2）自動創(chuàng)建；

　　利用udev（mdev）來實現(xiàn)設(shè)備文件的自動創(chuàng)建，首先應(yīng)保證支持udev（mdev），由busybox配置。在驅(qū)動初始化代碼里調(diào)用class_create為該設(shè)備創(chuàng)建一個class，再為每個設(shè)備調(diào)用device_create創(chuàng)建對應(yīng)的設(shè)備。

3、字符設(shè)備驅(qū)動程序重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
（1）struct file：代表一個打開的文件描述符，系統(tǒng)中每一個打開的文件在內(nèi)核中都有一個關(guān)聯(lián)的struct file。它由內(nèi)核在open時創(chuàng)建，并傳遞給在文件上操作的任何函數(shù)，直到最后關(guān)閉。當(dāng)文件的所有實例都關(guān)閉之后，內(nèi)核釋放這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

//重要成員：     const struct file_operations    *f_op;  //該操作是定義文件關(guān)聯(lián)的操作的。內(nèi)核在執(zhí)行open時對這個指針賦值。 off_t  f_pos;     //該文件讀寫位置。void            *private_data;//該成員是系統(tǒng)調(diào)用時保存狀態(tài)信息非常有用的資源。

（2）struct inode:用來記錄文件的物理信息。它和代表打開的file結(jié)構(gòu)是不同的。一個文件可以對應(yīng)多個file結(jié)構(gòu)，但只有一個inode結(jié)構(gòu)。inode一般作為file_operations結(jié)構(gòu)中函數(shù)的參數(shù)傳遞過來。
　　inode譯成中文就是索引節(jié)點。每個存儲設(shè)備或存儲設(shè)備的分區(qū)（存儲設(shè)備是硬盤、軟盤、U盤 ... ... ）被格式化為文件系統(tǒng)后，應(yīng)該有兩部份，一部份是inode，另一部份是Block，Block是用來存儲數(shù)據(jù)用的。而inode呢，就是用來存儲這些數(shù)據(jù)的信息，這些信息包括文件大小、屬主、歸屬的用戶組、讀寫權(quán)限等。inode為每個文件進行信息索引，所以就有了inode的數(shù)值。操作系統(tǒng)根據(jù)指令，能通過inode值最快的找到相對應(yīng)的文件。

dev_t i_rdev;    //對表示設(shè)備文件的inode結(jié)構(gòu)，該字段包含了真正的設(shè)備編號。struct cdev *i_cdev;     //是表示字符設(shè)備的內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)inode指向一個字符設(shè)備文件時，該字段包含了指向struct cdev結(jié)構(gòu)的指針。//我們也可以使用下邊兩個宏從inode中獲得主設(shè)備號和此設(shè)備號：unsigned int iminor(struct inode *inode);
unsigned int imajor(struct inode *inode);

（3）struct file_operations

本部分來源于：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20729583&do=blog&id=1884550，感謝chinahhucai的分享。

struct file_operations ***_ops={
 .owner =  THIS_MODULE,
 .llseek =  ***_llseek,
 .read =  ***_read,
 .write =  ***_write,
 .ioctl =  ***_ioctl,
 .open =  ***_open,
 .release = ***_release, 
 。。。  。。。
};struct module *owner; /*第一個 file_operations 成員根本不是一個操作; 它是一個指向擁有這個結(jié)構(gòu)的模塊的指針.
 這個成員用來在它的操作還在被使用時阻止模塊被卸載. 幾乎所有時間中, 它被簡單初始化為 
THIS_MODULE, 一個在 <linux/module.h> 中定義的宏.這個宏比較復(fù)雜，在進行簡單學(xué)習(xí)操作的時候，一般初始化為THIS_MODULE。*/loff_t (*llseek) (struct file * filp , loff_t  p,  int  orig);/*(指針參數(shù)filp為進行讀取信息的目標(biāo)文件結(jié)構(gòu)體指針；參數(shù) p 為文件定位的目標(biāo)偏移量；參數(shù)orig為對文件定位
的起始地址，這個值可以為文件開頭（SEEK_SET，0,當(dāng)前位置(SEEK_CUR,1)，文件末尾(SEEK_END,2)）
llseek 方法用作改變文件中的當(dāng)前讀/寫位置, 并且新位置作為(正的)返回值.
loff_t 參數(shù)是一個"long offset", 并且就算在 32位平臺上也至少 64 位寬. 錯誤由一個負返回值指示.
如果這個函數(shù)指針是 NULL, seek 調(diào)用會以潛在地?zé)o法預(yù)知的方式修改 file 結(jié)構(gòu)中的位置計數(shù)器( 在"file 結(jié)構(gòu)" 一節(jié)中描述).*/ssize_t (*read) (struct file * filp, char __user * buffer, size_t    size , loff_t *  p);/*(指針參數(shù) filp 為進行讀取信息的目標(biāo)文件，指針參數(shù)buffer 為對應(yīng)放置信息的緩沖區(qū)（即用戶空間內(nèi)存地址），
參數(shù)size為要讀取的信息長度，參數(shù) p 為讀的位置相對于文件開頭的偏移，在讀取信息后，這個指針一般都會移動，移動的值為要讀取信息的長度值）
這個函數(shù)用來從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù). 在這個位置的一個空指針導(dǎo)致 read 系統(tǒng)調(diào)用以 -EINVAL("Invalid argument") 失敗.
 一個非負返回值代表了成功讀取的字節(jié)數(shù)( 返回值是一個 "signed size" 類型, 常常是目標(biāo)平臺本地的整數(shù)類型).*/ssize_t (*aio_read)(struct kiocb *  , char __user *  buffer, size_t  size ,  loff_t   p);/*可以看出，這個函數(shù)的第一、三個參數(shù)和本結(jié)構(gòu)體中的read()函數(shù)的第一、三個參數(shù)是不同 的，
異步讀寫的第三個參數(shù)直接傳遞值，而同步讀寫的第三個參數(shù)傳遞的是指針，因為AIO從來不需要改變文件的位置。
異步讀寫的第一個參數(shù)為指向kiocb結(jié)構(gòu)體的指針，而同步讀寫的第一參數(shù)為指向file結(jié)構(gòu)體的指針，每一個I/O請求都對應(yīng)一個kiocb結(jié)構(gòu)體);
初始化一個異步讀 -- 可能在函數(shù)返回前不結(jié)束的讀操作.如果這個方法是 NULL, 所有的操作會由 read 代替進行(同步地).
(有關(guān)linux異步I/O，可以參考有關(guān)的資料，《linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解》中給出了詳細的解答)*/ssize_t (*write) (struct file *  filp, const char __user *   buffer, size_t  count, loff_t * ppos);/*(參數(shù)filp為目標(biāo)文件結(jié)構(gòu)體指針，buffer為要寫入文件的信息緩沖區(qū)，count為要寫入信息的長度，
ppos為當(dāng)前的偏移位置，這個值通常是用來判斷寫文件是否越界）
發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備. 如果 NULL, -EINVAL 返回給調(diào)用 write 系統(tǒng)調(diào)用的程序. 如果非負, 返回值代表成功寫的字節(jié)數(shù).
(注：這個操作和上面的對文件進行讀的操作均為阻塞操作）*/ssize_t (*aio_write)(struct kiocb *, const char __user *  buffer, size_t  count, loff_t * ppos);/*初始化設(shè)備上的一個異步寫.參數(shù)類型同aio_read()函數(shù);*/int (*readdir) (struct file *  filp, void *, filldir_t);/*對于設(shè)備文件這個成員應(yīng)當(dāng)為 NULL; 它用來讀取目錄, 并且僅對文件系統(tǒng)有用.*/unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);/*(這是一個設(shè)備驅(qū)動中的輪詢函數(shù)，第一個參數(shù)為file結(jié)構(gòu)指針，第二個為輪詢表指針）
這個函數(shù)返回設(shè)備資源的可獲取狀態(tài)，即POLLIN，POLLOUT，POLLPRI，POLLERR，POLLNVAL等宏的位“或”結(jié)果。
每個宏都表明設(shè)備的一種狀態(tài)，如：POLLIN（定義為0x0001）意味著設(shè)備可以無阻塞的讀，POLLOUT（定義為0x0004）意味著設(shè)備可以無阻塞的寫。
(poll 方法是 3 個系統(tǒng)調(diào)用的后端: poll, epoll, 和 select, 都用作查詢對一個或多個文件描述符的讀或?qū)懯欠駮枞?
 poll 方法應(yīng)當(dāng)返回一個位掩碼指示是否非阻塞的讀或?qū)懯强赡艿? 并且, 可能地, 提供給內(nèi)核信息用來使調(diào)用進程睡眠直到 I/O 變?yōu)榭赡? 
如果一個驅(qū)動的 poll 方法為 NULL, 設(shè)備假定為不阻塞地可讀可寫.
(這里通常將設(shè)備看作一個文件進行相關(guān)的操作，而輪詢操作的取值直接關(guān)系到設(shè)備的響應(yīng)情況，可以是阻塞操作結(jié)果，同時也可以是非阻塞操作結(jié)果）*/int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);/*(inode 和 filp 指針是對應(yīng)應(yīng)用程序傳遞的文件描述符 fd 的值, 和傳遞給 open 方法的相同參數(shù).
cmd 參數(shù)從用戶那里不改變地傳下來, 并且可選的參數(shù) arg 參數(shù)以一個 unsigned long 的形式傳遞, 不管它是否由用戶給定為一個整數(shù)或一個指針.
如果調(diào)用程序不傳遞第 3 個參數(shù), 被驅(qū)動操作收到的 arg 值是無定義的.
因為類型檢查在這個額外參數(shù)上被關(guān)閉, 編譯器不能警告你如果一個無效的參數(shù)被傳遞給 ioctl, 并且任何關(guān)聯(lián)的錯誤將難以查找.）
ioctl 系統(tǒng)調(diào)用提供了發(fā)出設(shè)備特定命令的方法(例如格式化軟盤的一個磁道, 這不是讀也不是寫). 另外, 幾個 ioctl 命令被內(nèi)核識別而不必引用 fops 表.
 如果設(shè)備不提供 ioctl 方法, 對于任何未事先定義的請求(-ENOTTY, "設(shè)備無這樣的 ioctl"), 系統(tǒng)調(diào)用返回一個錯誤.*/int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);/*mmap 用來請求將設(shè)備內(nèi)存映射到進程的地址空間. 如果這個方法是 NULL, mmap 系統(tǒng)調(diào)用返回 -ENODEV.
(如果想對這個函數(shù)有個徹底的了解，那么請看有關(guān)“進程地址空間”介紹的書籍)*/int (*open) (struct inode * inode , struct file *  filp ) ;/*(inode 為文件節(jié)點,這個節(jié)點只有一個，無論用戶打開多少個文件，都只是對應(yīng)著一個inode結(jié)構(gòu)；
但是filp就不同，只要打開一個文件，就對應(yīng)著一個file結(jié)構(gòu)體，file結(jié)構(gòu)體通常用來追蹤文件在運行時的狀態(tài)信息）
 盡管這常常是對設(shè)備文件進行的第一個操作, 不要求驅(qū)動聲明一個對應(yīng)的方法. 如果這個項是 NULL, 設(shè)備打開一直成功, 但是你的驅(qū)動不會得到通知.
與open()函數(shù)對應(yīng)的是release()函數(shù)。*/int (*flush) (struct file *);/*flush 操作在進程關(guān)閉它的設(shè)備文件描述符的拷貝時調(diào)用; 它應(yīng)當(dāng)執(zhí)行(并且等待)設(shè)備的任何未完成的操作.
這個必須不要和用戶查詢請求的 fsync 操作混淆了. 當(dāng)前, flush 在很少驅(qū)動中使用;
 SCSI 磁帶驅(qū)動使用它, 例如, 為確保所有寫的數(shù)據(jù)在設(shè)備關(guān)閉前寫到磁帶上. 如果 flush 為 NULL, 內(nèi)核簡單地忽略用戶應(yīng)用程序的請求.*/int (*release) (struct inode *, struct file *);/*release ()函數(shù)當(dāng)最后一個打開設(shè)備的用戶進程執(zhí)行close()系統(tǒng)調(diào)用的時候，內(nèi)核將調(diào)用驅(qū)動程序release()函數(shù)：
void release(struct inode inode,struct file *file),release函數(shù)的主要任務(wù)是清理未結(jié)束的輸入輸出操作，釋放資源，用戶自定義排他標(biāo)志的復(fù)位等。
    在文件結(jié)構(gòu)被釋放時引用這個操作. 如同 open, release 可以為 NULL.*/int(*synch)(struct file *,struct dentry *,int datasync);//刷新待處理的數(shù)據(jù),允許進程把所有的臟緩沖區(qū)刷新到磁盤。int (*aio_fsync)(struct kiocb *, int); /*這是 fsync 方法的異步版本.所謂的fsync方法是一個系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用fsync
把文件所指定的文件的所有臟緩沖區(qū)寫到磁盤中（如果需要，還包括存有索引節(jié)點的緩沖區(qū)）。
相應(yīng)的服務(wù)例程獲得文件對象的地址，并隨后調(diào)用fsync方法。通常這個方法以調(diào)用函數(shù)__writeback_single_inode()結(jié)束，
這個函數(shù)把與被選中的索引節(jié)點相關(guān)的臟頁和索引節(jié)點本身都寫回磁盤。*/int (*fasync) (int, struct file *, int);//這個函數(shù)是系統(tǒng)支持異步通知的設(shè)備驅(qū)動，下面是這個函數(shù)的模板：static int ***_fasync(int fd,struct file *filp,int mode)
{    struct ***_dev * dev=filp->private_data;    return fasync_helper(fd,filp,mode,&dev->async_queue);//第四個參數(shù)為 fasync_struct結(jié)構(gòu)體指針的指針。//這個函數(shù)是用來處理FASYNC標(biāo)志的函數(shù)。（FASYNC：表示兼容BSD的fcntl同步操作）當(dāng)這個標(biāo)志改變時，驅(qū)動程序中的fasync（）函數(shù)將得到執(zhí)行。}/*此操作用來通知設(shè)備它的 FASYNC 標(biāo)志的改變. 異步通知是一個高級的主題, 在第 6 章中描述.
這個成員可以是NULL 如果驅(qū)動不支持異步通知.*/int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);//lock 方法用來實現(xiàn)文件加鎖; 加鎖對常規(guī)文件是必不可少的特性, 但是設(shè)備驅(qū)動幾乎從不實現(xiàn)它.ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);/*這些方法實現(xiàn)發(fā)散/匯聚讀和寫操作. 應(yīng)用程序偶爾需要做一個包含多個內(nèi)存區(qū)的單個讀或?qū)懖僮?
 這些系統(tǒng)調(diào)用允許它們這樣做而不必對數(shù)據(jù)進行額外拷貝. 如果這些函數(shù)指針為 NULL, read 和 write 方法被調(diào)用( 可能多于一次 ).*/ssize_t (*sendfile)(struct file *, loff_t *, size_t, read_actor_t, void *);/*這個方法實現(xiàn) sendfile 系統(tǒng)調(diào)用的讀, 使用最少的拷貝從一個文件描述符搬移數(shù)據(jù)到另一個.
例如, 它被一個需要發(fā)送文件內(nèi)容到一個網(wǎng)絡(luò)連接的 web 服務(wù)器使用. 設(shè)備驅(qū)動常常使 sendfile 為 NULL.*/ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);/*sendpage 是 sendfile 的另一半; 它由內(nèi)核調(diào)用來發(fā)送數(shù)據(jù), 一次一頁, 到對應(yīng)的文件. 設(shè)備驅(qū)動實際上不實現(xiàn) sendpage.*/unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);/*這個方法的目的是在進程的地址空間找一個合適的位置來映射在底層設(shè)備上的內(nèi)存段中.
這個任務(wù)通常由內(nèi)存管理代碼進行; 這個方法存在為了使驅(qū)動能強制特殊設(shè)備可能有的任何的對齊請求. 大部分驅(qū)動可以置這個方法為 NULL.[10]*/int (*check_flags)(int)//這個方法允許模塊檢查傳遞給 fnctl(F_SETFL...) 調(diào)用的標(biāo)志.int (*dir_notify)(struct file *, unsigned long);//這個方法在應(yīng)用程序使用 fcntl 來請求目錄改變通知時調(diào)用. 只對文件系統(tǒng)有用; 驅(qū)動不需要實現(xiàn) dir_notify.

三、字符設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計：

1.設(shè)備注冊：
在linux2.6內(nèi)核中，字符設(shè)備使用struct cdev來描述；

struct cdev
{  struct kobject kobj;//內(nèi)嵌的kobject對象  struct module *owner;//所屬模塊  struct file_operations *ops;//文件操作結(jié)構(gòu)體  struct list_head list;
  dev_t dev;//設(shè)備號,長度為32位，其中高12為主設(shè)備號，低20位為此設(shè)備號  unsigned int count;
};

字符設(shè)備的注冊分為三個步驟：

（1）分配cdev: struct cdev *cdev_alloc(void);
（2）初始化cdev： void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)；
（3）添加cdev： int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

/**
 * cdev_add() - add a char device to the system
 * @p: the cdev structure for the device
 * @dev: the first device number for which this device is responsible
 * @count: the number of consecutive minor numbers corresponding to this
 *         device
 *
 * cdev_add() adds the device represented by @p to the system, making it
 * live immediately.  A negative error code is returned on failure. */

2.設(shè)備操作的實現(xiàn)：file_operations函數(shù)集的實現(xiàn)（要明確某個函數(shù)什么時候被調(diào)用？調(diào)用來做什么操作？）
特別注意：驅(qū)動程序應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換:
　　驅(qū)動程序和應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)交換是非常重要的。file_operations中的read()和write()函數(shù)，就是用來在驅(qū)動程序和應(yīng)用程序間交換數(shù)據(jù)的。通過數(shù)據(jù)交換，驅(qū)動程序和應(yīng)用程序可以彼此了解對方的情況。但是驅(qū)動程序和應(yīng)用程序?qū)儆诓煌牡刂房臻g。驅(qū)動程序不能直接訪問應(yīng)用程序的地址空間；同樣應(yīng)用程序也不能直接訪問驅(qū)動程序的地址空間，否則會破壞彼此空間中的數(shù)據(jù)，從而造成系統(tǒng)崩潰，或者數(shù)據(jù)損壞。安全的方法是使用內(nèi)核提供的專用函數(shù)，完成數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序空間和驅(qū)動程序空間的交換。這些函數(shù)對用戶程序傳過來的指針進行了嚴格的檢查和必要的轉(zhuǎn)換，從而保證用戶程序與驅(qū)動程序交換數(shù)據(jù)的安全性。這些函數(shù)有：

unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n); 
unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n); 
put_user(local,user); 
get_user(local,user);

3.設(shè)備注銷：void cdev_del(struct cdev *p)；

四、字符設(shè)備驅(qū)動小結(jié)：

　　字符設(shè)備是3大類設(shè)備（字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）中較簡單的一類設(shè)備，其驅(qū)動程序中完成的主要工作是初始化、添加和刪除cdev結(jié)構(gòu)體，申請和釋放設(shè)備號，以及填充file_operation結(jié)構(gòu)體中操作函數(shù)，并實現(xiàn)file_operations結(jié)構(gòu)體中的read()、write()、ioctl()等重要函數(shù)。如圖所示為cdev結(jié)構(gòu)體、file_operations和用戶空間調(diào)用驅(qū)動的關(guān)系。

五：字符設(shè)備驅(qū)動程序分析：

（1）memdev.h

#ifndef _MEMDEV_H_#define _MEMDEV_H_

#ifndef MEMDEV_MAJOR#define MEMDEV_MAJOR 251   /*預(yù)設(shè)的mem的主設(shè)備號*/#endif#ifndef MEMDEV_NR_DEVS#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*設(shè)備數(shù)*/#endif#ifndef MEMDEV_SIZE#define MEMDEV_SIZE 4096#endif/*mem設(shè)備描述結(jié)構(gòu)體*/struct mem_dev                                     
{                                                        
  char *data;                      
  unsigned long size;       
};#endif /* _MEMDEV_H_ */

(2)memdev.c

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);struct mem_dev *mem_devp; /*設(shè)備結(jié)構(gòu)體指針*/struct cdev cdev; 

/*文件打開函數(shù)*/int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{    struct mem_dev *dev;    
    /*獲取次設(shè)備號*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);    if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) 
            return -ENODEV;
    dev = &mem_devp[num];    
    /*將設(shè)備描述結(jié)構(gòu)指針賦值給文件私有數(shù)據(jù)指針*/
    filp->private_data = dev;    
    return 0; 
}/*文件釋放函數(shù)*/int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{  return 0;
}/*讀函數(shù)*/static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p =  *ppos;        /*記錄文件指針偏移位置*/  
  unsigned int count = size;    /*記錄需要讀取的字節(jié)數(shù)*/ 
  int ret = 0;    /*返回值*/  
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*獲得設(shè)備結(jié)構(gòu)體指針*/

  /*判斷讀位置是否有效*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)    /*要讀取的偏移大于設(shè)備的內(nèi)存空間*/  
    return 0;  if (count > MEMDEV_SIZE - p)     /*要讀取的字節(jié)大于設(shè)備的內(nèi)存空間*/ 
    count = MEMDEV_SIZE - p;  /*讀數(shù)據(jù)到用戶空間:內(nèi)核空間->用戶空間交換數(shù)據(jù)*/  
  if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
  {
    ret =  - EFAULT;
  }  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
    
    printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }  return ret;
}/*寫函數(shù)*/static ssize_t mem_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 mem_dev *dev = filp->private_data; /*獲得設(shè)備結(jié)構(gòu)體指針*/
  
  /*分析和獲取有效的寫長度*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)    return 0;  if (count > MEMDEV_SIZE - p)    /*要寫入的字節(jié)大于設(shè)備的內(nèi)存空間*/
    count = MEMDEV_SIZE - p;    
  /*從用戶空間寫入數(shù)據(jù)*/
  if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
    ret =  - EFAULT;  else
  {
    *ppos += count;      /*增加偏移位置*/  
    ret = count;      /*返回實際的寫入字節(jié)數(shù)*/ 
    
    printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }  return ret;
}/* seek文件定位函數(shù) */static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{ 
    loff_t newpos;      

    switch(whence) {      case 0: /* SEEK_SET */       /*相對文件開始位置偏移*/ 
        newpos = offset;           /*更新文件指針位置*/
        break;      case 1: /* SEEK_CUR */
        newpos = filp->f_pos + offset;    
        break;      case 2: /* SEEK_END */
        newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;        break;      default: /* can't happen */
        return -EINVAL;
    }    if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))        return -EINVAL;
        
    filp->f_pos = newpos;    return newpos;

}/*文件操作結(jié)構(gòu)體*/static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .llseek = mem_llseek,
  .read = mem_read,
  .write = mem_write,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
};/*設(shè)備驅(qū)動模塊加載函數(shù)*/static int memdev_init(void)
{  int result;  int i;

  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);   /* 申請設(shè)備號，當(dāng)xxx_major不為0時，表示靜態(tài)指定；當(dāng)為0時，表示動態(tài)申請*/ 
  /* 靜態(tài)申請設(shè)備號*/
  if (mem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");  else  /* 動態(tài)分配設(shè)備號 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
    mem_major = MAJOR(devno);    /*獲得申請的主設(shè)備號*/
  }  
  
  if (result < 0)    return result; /*初始化cdev結(jié)構(gòu)，并傳遞file_operations結(jié)構(gòu)指針*/ 
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);    
  cdev.owner = THIS_MODULE;    /*指定所屬模塊*/
  cdev.ops = &mem_fops;  
  /* 注冊字符設(shè)備 */
  cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);   
  /* 為設(shè)備描述結(jié)構(gòu)分配內(nèi)存*/
  mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);  if (!mem_devp)    /*申請失敗*/
  {
    result =  - ENOMEM;    goto fail_malloc;
  }
  memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));  
  /*為設(shè)備分配內(nèi)存*/
  for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) 
  {
        mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
        mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
        memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
  }    
  return 0;

  fail_malloc: 
  unregister_chrdev_region(devno, 1);  
  return result;
}/*模塊卸載函數(shù)*/static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev);   /*注銷設(shè)備*/
  kfree(mem_devp);     /*釋放設(shè)備結(jié)構(gòu)體內(nèi)存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*釋放設(shè)備號*/}

MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

(3)應(yīng)用程序(測試文件)：app-mem.c

#include <stdio.h>int main()
{
    FILE *fp0 = NULL;    char Buf[4096];    
    /*初始化Buf*/
    strcpy(Buf,"Mem is char dev!");
    printf("BUF: %s\n",Buf);    
    /*打開設(shè)備文件*/
    fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+");    if (fp0 == NULL)
    {
        printf("Open Memdev0 Error!\n");        return -1;
    }    
    /*寫入設(shè)備*/
    fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);    
    /*重新定位文件位置（思考沒有該指令，會有何后果)*/
    fseek(fp0,0,SEEK_SET);    
    /*清除Buf*/
    strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
    printf("BUF: %s\n",Buf);    
    
    /*讀出設(shè)備*/
    fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);    
    /*檢測結(jié)果*/
    printf("BUF: %s\n",Buf);    
    return 0;    

}

測試步驟：

1)cat /proc/devices看看有哪些編號已經(jīng)被使用，我們選一個沒有使用的XXX。

2)insmod memdev.ko

3)通過"mknod /dev/memdev0 c XXX 0"命令創(chuàng)建"/dev/memdev0"設(shè)備節(jié)點。

4)交叉編譯app-mem.c文件，下載并執(zhí)行：

#./app-mem,顯示：

Mem is char dev!

參考網(wǎng)址：http://www.cnblogs.com/geneil/archive/2011/12/03/2272869.html

參考網(wǎng)址： http://blog.chinaunix.net/uid-26833883-id-4371047.html