Linux驱动开发之杂项设备注册和Linux2.6设备注册

目录

一、杂项设备注册

杂项设备注册简介

杂项设备注册特点:

杂项设备注册相关API

misc_register()

misc_deregister()

杂项设备注册相关例程

例程简介

源码分享

二、Linux 2.6设备注册

Linux2.6设备注册简介

Linux 2.6设备注册特点

Linux2.6设备注册流程

​Linux2.6设备注册相关函数

alloc_chrdev_region()

unregister_chrdev_region()

cdev_init()

cdev_add()

cdev_del()

class_create()

device_create()

device_destroy()

class_destroy()

Linux2.6设备注册相关例程

例程简介

源码分享

三、选择建议

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       Linux设备驱动开发中,需要向内核正确注册设备,才能创建设备节点,以供应用层访问。本文将详细介绍Linux下的两种设备注册方法:杂项设备注册和Linux 2.6新方法注册。

一、杂项设备注册

杂项设备注册简介

        杂项设备注册是Linux驱动开发中的一种设备注册方式。在Linux系统中，杂项设备是一类没有明确分类的设备，它们不属于字符设备、块设备或网络设备等特定类型。杂项设备可以包括各种不同类型的设备，如传感器、LED灯、温度计等。

        杂项设备注册的目的是将这些杂项设备描述成设备文件，以便通过文件操作来控制和访问设备。通过设备文件，应用程序可以打开、关闭、读取和写入杂项设备，实现对设备的控制和数据交互。

        在杂项设备注册中，使用​​struct miscdevice​​结构体来描述设备的属性和设备文件的名字。该结构体包含了主设备号、次设备号、设备文件名和文件操作集合等信息。通过调用​​misc_register​​函数，将杂项设备的核心结构体注册到内核中，完成设备的注册过程。

        杂项设备注册的好处是它可以自动生成设备文件，无需手动创建。系统会根据设备的主设备号和次设备号，在​​/dev​​目录下自动创建对应的设备文件。这样，应用程序可以直接通过设备文件来访问和控制杂项设备，简化了设备的管理和使用。

杂项设备注册特点:

• 主设备号固定为10,次设备号自动分配
• 注册后在/dev目录自动创建设备节点
• 每个主机最多256个杂项设备

杂项设备注册相关API

misc_register()

功能向内核注册一个杂项设备
头文件Linux/miscdevice.h
原型int misc_register(struct miscdevice * misc)
参数struct miscdevice * misc：杂项设备注册的核心结构体
返回值成功    0失败    负数struct miscdevice  {//杂项注册核心结构体int minor;         //次设备号const char *name;  //设备的名字 会出现在  /dev/目录下const structfile_operations *fops;  操作集合结构体//以下内容可以不管struct list_head list;struct device *parent;struct device*this_device;const char *nodename;umode_t mode;
};
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
struct file_operations {//操作集合结构体,使用时需要实现内核编程接口:open/close/read/write等。structmodule *owner;                  //固定填写  THIS_MODULEint(*open) (struct inode *, struct file *);   //内核层的open函数int(*release) (struct inode *, struct file *); //内核层的close函数……………………………………..};

misc_deregister()

功能    取消注册的杂项设备
头文件Linux/miscdevice.h
原型int misc_deregister(struct miscdevice*misc)
参数struct miscdevice *misc：杂项设备的核心结构体
返回值成功    0失败    负数                                     

杂项设备注册相关例程

例程简介

这个例程的作用是实现一个蜂鸣器的控制功能。它包括了一个内核模块和一个用户态程序。

内核模块部分：

• 在模块初始化函数​​bp_init​​中，首先进行了地址映射，将控制寄存器和数据寄存器映射到内核空间。
• 然后设置了蜂鸣器的相关寄存器，包括将控制寄存器的低四位设置为1，将数据寄存器的最低位设置为0。
• 接下来，通过​​misc_register​​函数向内核注册了一个杂项设备。设置了该设备的打开和关闭函数，并指定了设备文件名和次设备号。
• 在模块退出函数​​bp_exit​​中，调用​​misc_deregister​​函数取消注册杂项设备。

用户态程序部分：

• 在​​main​​函数中，通过​​open​​函数打开设备文件​​/dev/bp_dev​​，并指定了读写权限。
• 然后进入一个循环，每隔一秒钟打开蜂鸣器并输出提示信息，再关闭蜂鸣器并输出提示信息。
• 循环会一直执行，直到程序被手动终止。

源码分享

/*驱动层相关源码*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.h>void __iomem *GPD0_CON = NULL; //控制寄存器
void __iomem *GPD0_DAT = NULL; //数据寄存器struct file_operations bp_fops;
struct miscdevice bp_misc;//开启蜂鸣器函数
int bp_open (struct inode *inode, struct file *file){
printk("蜂鸣器开启\n");
*((unsigned int *)GPD0_DAT) |= 0x1;
return 0;
}//蜂鸣器关闭函数
int bp_close (struct inode *inode, struct file *file){
printk("蜂鸣器关闭\n");
*((unsigned int *)GPD0_DAT) &= ~(0x1);
return 0;
}static int __init bp_init(void){
printk("加载蜂鸣器模块\n");//地址映射
GPD0_CON = ioremap(0x114000a0, 2);
GPD0_DAT = ioremap(0x114000a4, 1);//寄存器设置
*((unsigned int *)GPD0_CON) &= ~(0xf);
*((unsigned int *)GPD0_CON) |= (0x1);
*((unsigned int *)GPD0_DAT) &= (0x1);//向内核注册一个杂项设备
bp_fops.open = bp_open;	//打开蜂鸣器
bp_fops.release = bp_close;	//关闭蜂鸣器
bp_fops.owner = THIS_MODULE;	//模块所有者bp_misc.minor = 255;	//系统分配次设备号
bp_misc.name = "bp_dev";	//设备文件名
bp_misc.fops = &bp_fops;	//文件操作集合
misc_register(&bp_misc);return 0;
}static void __exit bp_exit(void){
printk("卸载蜂鸣器模块\n");
misc_deregister(&bp_misc);}module_init(bp_init);
module_exit(bp_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YYY");

/*用户层相关源码*/#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main(){int bp_fd  =0;
while(1){bp_fd = open("/dev/bp_dev", O_RDWR);if(bp_fd < 0){printf("打开bp_dev失败\n");perror("open");}printf("开启蜂鸣器\n");sleep(1);close(bp_fd);printf("关闭蜂鸣器\n");sleep(1);
}
return 0;
}

二、Linux 2.6设备注册

Linux2.6设备注册简介

        Linux 2.6内核引入了一种更灵活的设备注册机制，提供了设备模型来管理和注册设备。这种设备注册方式相对于旧版本的Linux内核更加面向对象，具有更好的可维护性和扩展性，也是当前比较最流行的设备注册方法。

Linux 2.6设备注册特点

• 提供更灵活的设备注册机制,主次设备号不再限定
• 注册后需要自行创建设备节点
• 支持模块化和多实例设计
• 可以灵活配置主次设备号
• 支持多实例和模块化设计
• 更好地处理多个设备的情况

Linux2.6设备注册流程

• 申请设备号(alloc_chrdev_region) 设备号由主设备号和次设备号组成，用于唯一标识一个设备。可以使用​​alloc_chrdev_region​​​函数动态申请字符设备号，或者使​​register_chrdev_region​​函数静态注册一个已知的设备号。
• 初始化cdev结构体(cdev_init) ​​cdev​​​结构体表示字符设备。开发者需要初始化这个结构体，并将它与设备的文件操作函数关联起来。这可以通过​​cdev_init​​​和​​cdev_add​​函数来完成。
• 注册cdev结构体(cdev_add) ​​cdev_add​​​函数用于将​​cdev​​结构体添加到系统中，使得内核可以管理和操作这个设备。
• 创建设备类(class_create) 使用​​class_create​​​函数创建一个设备类，这个类将出现在​​/sys/class​​​目录下。
• 创建设备节点(device_create) 用​​device_create​​​函数自动创建设备节点（通常位于​​/dev​​​目录下），而不是手动使用​​mknod​​命令。

​Linux2.6设备注册相关函数

alloc_chrdev_region()

功能向内核申请设备号
头文件Linux/fs.h
原型int alloc_chrdev_region(dev_t * dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char * name)
参数dev_t *dev,         用来存放获取到的设备号的变量unsigned baseminor,  次设备号的起始位置 unsigned count,      要申请的设备号的数量 constchar *name     设备的名字
返回值成功    0失败    非零

unregister_chrdev_region()

功能释放设备号
头文件Linux/fs.h
原型void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
参数dev_t from,      要释放的设备号的起始位置 unsigned count   要释放的设备号的个数
返回值无

cdev_init()

功能初始化linux2.6的核心结构体
头文件Linux/cdev.h
原型void cdev_init(struct cdev *cdev, conststruct file_operations *fops);
参数struct cdev *cdev,               linux2.6的核心结构体const struct file_operations *fops 操作集合结构体
返回值无

cdev_add()

功能注册一个linux2.6的核心结构体
头文件Linux/cdev.h
原型int cdev_add(struct cdev *, dev_t,unsigned);
参数struct cdev *cdev,      linux2.6的核心结构体dev_t dev,                        设备号unsigned   count      向内核注册的linux2.6的核心结构体的个数  一般填1 
返回值成功    0失败    错误码

cdev_del()

功能取消linux2.6核心结构体的注册
头文件Linux/cdev.h
原型void cdev_del(struct cdev *p)
参数struct cdev *p：linux2.6的核心结构体指针
返回值无

class_create()

功能创建类结构体
头文件Linux/device.h
原型struct class *class_create( struct module*owner, const char *name)
参数struct module *owner,    :THIS_MODULEconst char *name        :类结构体的名字  
返回值成功    类结构体指针失败    NULL                                    

device_create()

功能自动生成设备文件
头文件Linux/device.h
原型struct device *device_create(struct class*class, struct device *parent,dev_t devt, void *drvdata, const char*fmt, ...)
参数struct class *class,      类结构体的名字struct device *parent,   NULLdev_t devt,                        设备号void*drvdata,          传给设备的私有数据  NULLconst char *fmt,...       设备的名字  会出现在/dev/目录下 
返回值成功    设备的结构体指针失败    NULL               

device_destroy()

功能销毁设备文件
头文件Linux/device.h
原型void device_destroy(struct class *class,dev_t devt)
参数struct class *class,   类结构体dev_t devt                  设备号
返回值无

class_destroy()

功能销毁类结构体
头文件Linux/device.h
原型void class_destroy(struct class *cls)
参数struct class *cls:类结构体 
返回值无

Linux2.6设备注册相关例程

例程简介

这个Linux内核模块的例程实现了一个简单的 LED 流水灯控制。

1. Linux内核模块部分：

• 定义了一个字符设备驱动，设备名为"myled"。这个驱动通过myopen和myclose函数控制LED灯的开关，并实现了流水灯效果。
• 在myled_init函数中，首先通过alloc_chrdev_region函数申请设备号，然后初始化cdev结构体并通过cdev_add函数将其添加到系统中。接着创建一个类结构体，并在该类下创建设备文件。
• 在myled_exit函数中，注销设备文件，注销类结构体，取消cdev的注册，并释放设备号。

1. 用户空间程序部分：

• 这个程序通过打开"/dev/myled"设备文件来控制LED灯的开关。每次打开设备文件时，LED灯会按照流水灯的效果亮起，每次关闭设备文件时，LED灯会熄灭。
• 程序会无限循环打开和关闭设备文件，从而实现LED灯的不断闪烁。

源码分享

/*驱动层源码*/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>dev_t mydev;
int count;
struct cdev mycdev;
struct file_operations myfops;
struct class *myclass = NULL;//open函数实现，开灯，流水灯效果
int myopen (struct inode *inode, struct file *file){
if(count == 4)
count = 0;
gpio_set_value(EXYNOS4X12_GPM4(count), 0);
gpio_set_value(EXYNOS4_GPD0(0), 1);
count++;
printk("开灯%d\n", count);
return 0;
}//close函数实现，关灯，流水灯效果
int myclose (struct inode *inode, struct file *file){
gpio_set_value(EXYNOS4X12_GPM4(count - 1), 1);
gpio_set_value(EXYNOS4_GPD0(0), 0);
printk("关灯%d\n", count - 1);
return 0;
}static int __init myled_init(void){
//申请设备号alloc_chrdev_region(&mydev, 0, 1, "myled");
printk("申请到的设备号为 %d\n", mydev);
printk("主设备号 %d\n", MAJOR(mydev));
printk("次设备号 %d\n", MINOR(mydev));//初始化Linux2.6的核心结构体
myfops.owner = THIS_MODULE;
myfops.open = myopen;
myfops.release = myclose;
cdev_init(&mycdev, &myfops);//向内核注册一个Linux2.6核心结构体
cdev_add(&mycdev, mydev, 1);//创建一个类结构体
myclass = class_create(THIS_MODULE, "myled");
if(myclass == NULL){printk("创建类结构体失败\n");return -1;
}//创建设备文件
device_create(myclass, NULL, mydev, NULL, "myled");
return 0;
}static void __exit myled_exit(void){
//注销设备文件
device_destroy(myclass, mydev);//注销类结构体
class_destroy(myclass);//取消Linux2.6注册
cdev_del(&mycdev);//释放设备号
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
}module_init(myled_init);
module_exit(myled_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YYY");

/*用户层源码*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main(){int led_fd = 0;
while(1){led_fd = open("/dev/myled", O_RDWR);if(led_fd < 0){printf("打开myled失败\n");perror("open");}printf("开灯\n");sleep(1);close(led_fd);printf("关灯\n");sleep(1);
}
return 0;
}

//申请设备号 
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);//初始化注册cdev
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);
int cdev_add(struct cdev *cdev, dev_t dev, unsigned count);//创建设备节点
struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt,..);

三、选择建议

• 简单的字符设备推荐使用杂项设备注册
• 需要灵活控制主次设备号的复杂设备使用Linux 2.6方法
• 在模块化设计方面,Linux 2.6方式更优秀