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Linux字符设备驱动模型之设备号

news 文章来源：https://blog.csdn.net/m0_70888041/article/details/129277168 2024/9/20 7:48:39

从上文中可知，在Linux用户空间中，如若需要操作硬件设备，均通过/dev目录下的设备文件节点进行操作，基本上每一种设备都会存在一个或者多个的设备节点。

并且在Linux内核中，其表示字符设备的结构成员也提供了相应的设备号。

设备号成员为dev_t dev;那么其与设备之间的关系是什么呢？它又与用户空间的操作是和关系？？

一、设备号

那么设备文件节点又是如何与Linux内核驱动程序进行对应的映射关系呢？？？答案是：主设备号。

在前文举例过，可能会存在多个相同的设备运行在Linux系统中，这些设备所使用的是同一个内核驱动程序，那么是如何区分各个设备的呢？？？答案是：次设备号。

那么设备号在用户空间中，是如何体现的呢？？？

在我们现有的Linux系统中，进行/dev目录下，执行命令。

命令：ls -l

如上图所示，在其设备节点文件的属性中，可以查看到设备节点的主设备号和次设备号。其中逗号‘，’前为主设备号，后为次设备号。并且如上图所示，对于loop设备而言，其有很多相同的设备运行在Linux操作系统中，那么他们的各个相同的设备都具有唯一的节点名称，但他们的主设备号相同，均为7；次设备号不同，按照节点的顺序进行排列。

二、设备号操作

在Linux内核源码中，使用结构体dev_t类型来定义设备号。实际上dev_t类型为32位的unsigned int类型（在Linux内核源码中可以进行跟踪）。其中高12位作为存储主设备号，低20位作为存储次设备号。

那么就存在了如下几个问题：

1.如果知道主设备号和次设备号，那么怎么组合成dev_t类型的数据？

在Linux内核中，提供了MKDEV方法宏来进行组合主设备号和次设备号。其原型如下：

用法为：dev_t dev = MKDEV(主设备号,次设备号)

2.如何从dev_t类型的数据中解析出主设备号？

如上图，在Linux内核中采用了MAJOR方法宏来进行解析主设备号。用法如下：

主设备号 = MAJOR(dev_t dev)

3.如何从dev_t类型的数据中解析出次设备号？

如上图，在Linux内核中采用了MINOR方法宏来进行解析主设备号。用法如下：

次设备号 = MINOR(dev_t dev)

三、设备号分配/申请

因为是在Linux内核框架下进行编写设备驱动程序，那么每一个设备的设备号可以有Linux内核提供的方法来进行分配。

Linux内核中如何为设备分配一个主设备号？？？

实际上在Linux内核中提供了两种方法可以进行分配主设备号。分别为静态申请设备号和动态分配设备号。

静态申请设备号：程序员自己选择一个数字作为某一个设备的主设备号，再确定其次设备号（实际上如果是单一的设备，通常次设备号为0），通过组合得到设备号，然后通过函数register_chrdev_region向内核申请主设备号使用。其原型如下：

静态申请设备号的缺点在于，如果所申请的设备号已经在内核中被其他设备驱动使用了，则会申请失败。并且另一点是，在Linux内核中存在一些设备驱动的设备号为固定的设备号，例如：串口UART、I2C设备驱动等。

动态分配设备号：Linux内核提供方法函数alloc_chrdev_region，由内核动态的分配一个可用的主设备号给相应的设备驱动。其原型为：

动态分配设备号的优点在于，因为Linux内核本身自己知道了哪些设备号已经被使用了，所以基本不会导致分配到已用了的设备号，从而不会申请设备号失败。

四、设备号注销

实际上无论是使用动态分配得到的设备号，还是使用静态申请得到的设备号，当Linux系统中不再需要相应的硬件设备时，可将其设备驱动进行注销，那么重要的一步就是在设备驱动退出时，使用方法函数unregister_chrdev_region函数释放相应的设备号。其原型为：

设备号释放后，设备节点文件将不存在。

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