Linux驱动——设备模型

目录

一、起源

二、新方案

2.1 sysfs:

2.2 uevent

三、代码中自动mknod

四、实例

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一、起源

仅devfs，导致开发不方便以及一些功能难以支持：（硬编）

    1. 热插拔（插上usb设备就立马能安装驱动）

    2. 不支持一些针对所有设备的统一操作（如电源管理）

    3. 不能自动mknod

    4. 用户查看不了设备信息

    5. 设备信息硬编码，导致驱动代码通用性差，即没有分离设备和驱动

内核2.6开始引入总线式开发解决这些问题。3.0开始引入设备树。

二、新方案

device+driver结合形成驱动，device内只有设备信息，driver内是一些操作。

uevent机制：sysfs + uevent + udevd（上层app）

uevent是一种通信机制用来解决热插拔的问题。上层还有一个比udevd差一点的mdevd。

2.1 sysfs:

一种用内存模拟的文件系统，系统启动时mount到/sys目录

sysfs用途：（类似于windows的设备管理器）

1. 建立系统中总线、驱动、设备三者之间的桥梁

2. 向用户空间展示内核中各种设备的拓扑图

3. 提供给用户空间对设备获取信息和操作的接口，部分取代ioctl功能

| **sysfs在内核中的组成要素** | **在用户空间/sys下的显示** |

| --------------------------- | -------------------------- |

| 内核对象（kobject）         | 目录                       |

| 对象属性（attribute）       | 文件                       |

| 对象关系（relationship）    | 链接（Symbolic Link）      |

四个基本结构

| **类型**      | **所包含的内容**                   | **内核数据结构**     | **对应/sys项**          |

| ------------- | ------------------------------------------------------- | -------------------- | ----------------------- |

| 设备(Devices) | 设备是此模型中最基本的类型，以设备本身的连接按层次组织       | struct device        | /sys/devices/?/?/.../   |

| 驱动(Drivers) | 在一个系统中安装多个相同设备，只需要一份驱动程序的支持       | struct device_driver | /sys/bus/pci/drivers/?/ |

| 总线(Bus)     | 在整个总线级别对此总线上连接的所有设备进行管理               | struct bus_type      | /sys/bus/?/             |

| 类别(Classes) | 这是按照功能进行分类组织的设备层次树；如 USB 接口和 PS/2 接口的鼠标都是输入设备，都会出现在/sys/class/input/下 | struct class         | /sys/class/?/           |

 最核心的只有这四个，剩下的都是针对某一块，比如block是块设备，fs是文件系统，module是模块。。。。。

目录组织结构：

| **/sys下的子目录** | **所包含的内容**                                             |

| ------------------ | ------------------------------------------------------------ |

| /sys/devices       | 这是内核对系统中所有设备的分层次表达模型，也是/sys文件系统管理设备的最重要的目录结构； |

| /sys/dev           | 这个目录下维护一个按字符设备和块设备的主次号码(major:minor)链接到真实的设备(/sys/devices下)的符号链接文件； |

| /sys/bus           | 这是内核设备按总线类型分层放置的目录结构， devices 中的所有设备都是连接于某种总线之下，在这里的每一种具体总线之下可以找到每一个具体设备的符号链接，它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |

| /sys/class         | 这是按照设备功能分类的设备模型，如系统所有输入设备都会出现在/sys/class/input 之下，而不论它们是以何种总线连接到系统。它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分； |

| /sys/kernel        | 这里是内核所有可调整参数的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的slab 分配器等几项较新的设计在使用它，其它内核可调整参数仍然位于sysctl(/proc/sys/kernel) 接口中； |

| /sys/module        | 这里有系统中所有模块的信息，不论这些模块是以内联(inlined)方式编译到内核映像文件(vmlinuz)中还是编译为外部模块(ko文件)，都可能会出现在/sys/module 中 |

| /sys/power         | 这里是系统中电源选项，这个目录下有几个属性文件可以用于控制整个机器的电源状态，如可以向其中写入控制命令让机器关机、重启等。 |

2.2 uevent

 

新方案中bus既提供通信方式，也是device和driver的管理者。

三、代码中自动mknod

```cstruct class *class_create(struct module *owner, const char *name);/** 功能：在/sys/class生成一个目录,目录名由name指定* 参数：struct module *owner - THIS_MODULEconst char *name - 目录名* 返回值  成功：class指针   失败：NULL*//*辅助接口：可以定义一个struct class 的指针变量cls来接受返回值，然后通过IS_ERR(cls)判断是否失败；IS_ERR(cls);成功----------------->0IS_ERR(cls);失败----------------->非0PTR_ERR(cls);来获得失败的返回错误码；*/```

```cvoid class_destroy(struct class *cls)/** 功能：删除class_create生成目录* 参数：struct class *cls - class指针* 返回值*/```

```cstruct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)/** 功能：在/sys/class目录下class_create生成目录再生成一个子目录与该设备相对应，发uevent让应用程序udevd创建设备文件* 参数：struct class *class - class指针struct device *parent - 父对象，一般NULLdev_t devt - 设备号void *drvdata - 驱动私有数据，一般NULLconst char *fmt - 字符串的格式... - 不定参数* 返回值成功：device指针失败：NULL*/```

 

```cvoid device_destroy(struct class *class, dev_t devt)/** 功能：删除device_create生成目录* 参数：struct class *class - class指针dev_t devt - 设备号* 返回值*/```

四、实例

在之前的秒设备上添加自动mknod

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/atomic.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/device.h>
int major = 11;
int minor = 0;
int mysecond_num = 1;struct mysecond_dev
{struct cdev mydev;int second;struct timer_list mytimer;/*Define atomic variables || 1 can open, 0 can not open*/atomic_t openflag;/*automatic create mknod*/struct class *pcls;struct device *pdev;
};struct mysecond_dev gmydev;void timer_func(unsigned long arg)
{struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)arg;pmydev->second++;mod_timer(&pmydev->mytimer, jiffies + HZ * 1);
}int mysecond_open(struct inode *pnode, struct file *pfile)
{struct mysecond_dev *pmydev = NULL;pfile->private_data = (void *) (container_of(pnode->i_cdev, struct mysecond_dev, mydev));pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;if(atomic_dec_and_test(&pmydev->openflag)){pmydev->mytimer.expires = jiffies + HZ * 1;pmydev->mytimer.function = timer_func;pmydev->mytimer.data = (unsigned long)pmydev;add_timer(&pmydev->mytimer);return 0;}else{atomic_inc(&pmydev->openflag);printk("The device is opened already\n");return -1;}return 0;
}
int mysecond_close(struct inode *pnode, struct file *pfile)
{//printk("mysecond_close\n");/*C90 requires printk after the variable declaration*/struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;del_timer(&pmydev->mytimer);atomic_set(&pmydev->openflag,1);return 0;
}ssize_t mysecond_read(struct file *pfile, char __user *puser, size_t size, loff_t *p_pos)
{struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;int ret = 0;if(size < sizeof(int)){printk("the expect read size is invalid\n");return -1;}if(size >= sizeof(int)){size = sizeof(int);}ret = copy_to_user(puser, &pmydev->second, size);if(ret){printk("copy to user failed\n");return -1;}return size;
}struct file_operations myops = {.owner = THIS_MODULE,.open = mysecond_open,.release = mysecond_close,.read = mysecond_read,
};int __init mysecond_init(void)
{int ret = 0;dev_t devno = MKDEV(major,minor);/*Apply for device number*/ret = register_chrdev_region(devno, mysecond_num, "mysecond");if(ret){ret = alloc_chrdev_region(&devno, minor, mysecond_num, "mysecond");if(ret){printk("get devno failed\n");return -1;}major = MAJOR(devno);//Easy to miss *****}/*Assign the 'struct cdev' a set of operation functions*/cdev_init(&gmydev.mydev, &myops);/*Add 'struct cdev' to the kernel's data structure*/gmydev.mydev.owner = THIS_MODULE;cdev_add(&gmydev.mydev, devno, mysecond_num);//add to Hash.init_timer(&gmydev.mytimer);/*initialize the atomic variable to 1*/atomic_set(&gmydev.openflag,1);gmydev.pcls = class_create(THIS_MODULE, "mysecond");if(IS_ERR(gmydev.pcls)){printk("class_create failed\n");cdev_del(&gmydev.mydev);unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);return -1;	}gmydev.pdev = device_create(gmydev.pcls,NULL,devno,NULL,"mysec");if(NULL == gmydev.pcls){printk("device_create failed\n");class_destroy(gmydev.pcls);cdev_del(&gmydev.mydev);unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);return -1;	}return 0;
}
void __exit mysecond_exit(void)
{dev_t devno = MKDEV(major,minor);device_destroy(gmydev.pdev,devno);class_destroy(gmydev.pcls);cdev_del(&gmydev.mydev);//printk("mysecond will exit\n");unregister_chrdev_region(devno, mysecond_num);
}
MODULE_LICENSE("GPL");module_init(mysecond_init);
module_exit(mysecond_exit);