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第三部分 Linux驱动基础

第三十九章 Linux MISC驱动

本章导读

Linux MISC驱动是最简单的字符设备驱动，学习MISC驱动将会为学习字符设备驱动奠定基础。

39.1 章节讲解了misc设备驱动的基本概念及函数使用方法

39.2 章节讲解了编写最简单的杂项设备驱动，并将其编译为驱动模块，在iTOP-3399开发板上运行测试。

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

杂项设备驱动讲解 → 杂项设备驱动讲解_哔哩哔哩_bilibili

编写一个杂项设备驱动 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=10

程序源码在网盘资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\2.驱动程序例程\02-杂项设备驱动实验”路径下。

39.1 misc设备驱动简介

本章节我们讲解杂项设备驱动，那么杂项设备驱动是属于我们linux三大设备驱动的哪一项呢？由于linux驱动倾向于分层设计，所以每个具体的设备都可以找到它归属的类型，从而可以套到它相应的架构里面去，我们只需要实现它最底层的那部分。但是也有部分字符设备，确实不知道它属于哪种类型，我们一般推荐大家采用miscdevice的框架结构。misc 的意思是混合的杂项的，所以 misc 设备驱动也叫做杂项设备驱动，当我们板子上的某个设备没有办法分类时，就可以用 misc 设备驱动。它的注册跟使用比较的简单，所以比较适用于功能简单的设备。正因为简单，所以它通常嵌套在 platform 总线驱动中，配合总线驱动达到更复杂，多功能的效果。杂项设备是字符设备的一种，杂项设备可以自动生成设备节点。

在学习misc设备驱动之前，先来了解几个基础概念。

概念1设备节点

我们可以启动我们的开发板，进入到dev目录下，dev目录下全部都是生成的设备节点，如下图所示：

我们的系统里面有很多杂项设备。我们可以输入以下命令来查看，如下图所示：

cat /proc/misc

 

概念2 杂项设备的优点

杂项设备除了比字符设备代码简单，还有别的区别吗？所有的 misc 设备驱动的主设备号都为 10，不同的设备使用不同的从设备号。主设设备号相同就可以节省内核的资源，在内核中大概可以找到200多处使用miscdevice框架结构的驱动。

概念3主设备号和次设备号的概念

设备号包含主设备号和次设备号，设备号是计算机识别设备的一种方式，主设备号相同的就被视为同一类设备，主设备号在Linux系统里面是唯一的，次设备号不一定唯一。主设备号可以比做成电话号码的区号。比如北京的区号是010，次设备号可以比作成电话号码。

主设备号可以通过以下命令来查看，前面的数字就是主设备号，如下图所示：

cat /proc/devices

 

misc 设备用 miscdevice 结构体表示，miscdevice结构体的定义在内核源码具体定义/home/topeet/linux/linux-imx/include/linux/miscdevice.h中，内容如下：

struct miscdevice  {int minor; //次设备号const char *name; //设备节点的名字const struct file_operations *fops; //文件操作集struct list_head list;struct device *parent;struct device *this_device;const struct attribute_group **groups;const char *nodename;umode_t mode;
};

当我们创建一个 misc 设备的 miscdevice 结构体时，需要我们指定 minor、name 和 fops 这三个成员变量。minor 表示次设备号，需要用户设置，在 Linux 内核中有一些预定义的 misc 设备的次设备号，定义在/home/topeet/linux/linux-imx/include/linux/miscdevice.h文件中，如下所示：

#define PSMOUSE_MINOR 1
#define MS_BUSMOUSE_MINOR 2 /* unused */
#define ATIXL_BUSMOUSE_MINOR 3 /* unused *//*#define AMIGAMOUSE_MINOR 4 FIXME OBSOLETE */
#define ATARIMOUSE_MINOR 5 /* unused */
#define SUN_MOUSE_MINOR 6 /* unused */
......
#define MISC_DYNAMIC_MINOR 255

我们设置子设备号时要注意不要重复使用其他设备的子设备号。可以从这些预定义的子设备号中选择

一个，也可以自定义。

name 就是这个 misc 设备的名字，当设备注册成功后，会在/dev 目录下自动生成一个名为 name 的设备文件。fops 就是这个 misc 设备的操作集合。

当创建好miscdevice 结构体后，使用 misc_register 函数向系统中注册一个misc设备，函数原型如下：

函数	int misc_register(struct miscdevice * misc)
参数 misc	之前创建好的 miscdevice 结构体
返回值	成功返回 0，失败返回负数。

 

我们设置子设备号时要注意不要重复使用其他设备的子设备号。可以从这些预定义的子设备号中选择

一个，也可以自定义。

name 就是这个 misc 设备的名字，当设备注册成功后，会在/dev 目录下自动生成一个名为 name 的设备文件。fops 就是这个 misc 设备的操作集合。

函数	int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
参数misc	要注销的 miscdevice 结构体。
返回值	无

在miscdevice结构体的第四行，它指向了一个file_operation的结构体。file_operations文件操作集在定义在include/linux/fs.h下面，如下图所示。

file_operations中的成员函数实际是由drivers/char/misc.c中misc驱动核心层的misc_fops成员函数间接调用的。file_operations结构体里面的结构体成员都对应一个调用。简单介绍一下其中比较常用的函数：

llseek()函数用来修改一个文件的当前的读写位置，并将新位置返回。

read()函数用来从设备中读取数据，成功时返回读取到的字节数，出错返回一个负值。

write()函数用来向设备发送数据，成功时返回该函数写入的字节数。

poll()函数用于查询设备是否可以进行非阻塞读写。

unlock_ioctl()函数提供设备相关控制命令的实现。

mmap()函数将设备内存映射到进程的虚拟地址空间中。

open()函数用于打开设备文件。

release()函数用于关闭设备文件。

注册杂项设备有一个通用的思路和方法，这里给大家总结为三个步骤：

• 填充miscdevice这个结构体
• 填充file_operations这个结构体
• 注册杂项设备并生生成设备节点。

 

39.2 编写实验程序

通过39.1章节的学习，我们已经把杂项设备的基本概念搞懂了，在本实验中，使用 misc 设备驱动的方式来编写最简单的杂项设备的驱动。

39.2.1 编写驱动例程

首先我们回想一下注册杂项设备的三大流程，我们在Windows上面新建misc.c文件，并用sourceinsight打开。我们可以将上次编写的helloworld.c里面的代码拷贝到misc.c文件，并修改为如下图所示：

添加头文件

/*注册杂项设备头文件*/

#include <linux/miscdevice.h>

/*注册设备节点的文件结构体*/

#include <linux/fs.h>

填充miscdevice结构体

struct miscdevice  misc_dev = {

.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,

.name = "hello_misc",

.fops = &misc_fops,

};

上述代码第2行的minor为MISC_DYNAMIC_MINOR，miscdevice核心层会自动找一个空闲的次设备号，否则用minor指定的次设备号。上述代码第3行name是设备的名称，我们自定义为"hello_misc"

填充file_operations结构体

 struct file_operations misc_fops={

.owner = THIS_MODULE

};

THIS_MODULE宏是什么意思呢？它在include/linux/module.h里的定义是

#define THIS_MODULE (&__this_module)

它是一个struct module变量，代表当前模块，可以通过THIS_MODULE宏来引用模块的struct module结构，比如使用THIS_MODULE->state可以获得当前模块的状态。这个owner指针指向的就是你的模块。

注册杂项设备并生成设备节点

在misc_init()函数中填充misc_register()函数注册杂项设备，并判断杂项设备是否注册成功。

static int misc_init(void){int ret;ret = misc_register(&misc_dev);             //注册杂项设备if(ret<0)                                   //判断杂项设备是否注册成功{printk("misc registe is error \n");     //打印杂项设备注册失败}printk("misc registe is succeed \n");       //打印杂项设备注册成功return 0;
}
在misc_exit（）函数中填充misc_deregister()函数注销杂项设备。static void misc_exit(void){misc_deregister(&misc_dev);                 //注销杂项设备printk("misc gooodbye! \n");                //打印杂项设备注销成功
}

 完整的代码如下图所示：

/** @Descripttion: 最简单的杂项设备驱动* @version: 1.0* @Author: topeet*/
#include <linux/init.h>              //初始化头文件
#include <linux/module.h>            //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。
#include <linux/miscdevice.h>        /*注册杂项设备头文件*/
#include <linux/fs.h>                /*注册设备节点的文件结构体*/
struct file_operations misc_fops = { //文件操作集.owner = THIS_MODULE};
struct miscdevice misc_dev = {//杂项设备结构体.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //动态申请的次设备号.name = "hello_misc",        //杂项设备名字是hello_misc.fops = &misc_fops,          //文件操作集};
static int misc_init(void)
{ //在初始化函数中注册杂项设备int ret;ret = misc_register(&misc_dev);if (ret < 0){printk("misc registe is error \n");}printk("misc registe is succeed \n");return 0;
}
static void misc_exit(void)
{ //在卸载函数中注销杂项设备misc_deregister(&misc_dev);printk(" misc gooodbye! \n");
}
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

现在最简单的杂项设备的驱动就写完了，那么接下来我们可以把这个驱动编译一下，然后放到我们的开发板上面运行。我们编译驱动，可以将它编译进内核里面，也可以将它编译成模块。

39.2.2 编译驱动程序

这里我们以iTOP-i.MX8MM开发板为例，将杂项设备驱动编译成模块，请参考本手册第三十七章 Linux内核模块。我们将misc.c文件拷贝到Ubuntu的/home/topeet/imx8m/02目录下。将上次编译helloworld的Makefile文件和build.sh脚本拷贝到misc.c同级目录下，修改Makefile为：

obj-m += misc.o
KDIR:=/home/topeet/linux/linux-imx
PWD?=$(shell pwd)
all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

文件如下图所示：

驱动编译成功生成了ko文件，如下图所示：

39.2.3 运行测试

启动iTOP-iMX8MM开发板，我们通过nfs挂载共享文件目录，我们进入到共享目录，加载驱动模块如图所示：

insmod misc.ko

 

驱动加载成功后，输入以下命令，查看注册的设备节点是否存在，如下图所示，设备节点存在。

ls /dev/h*

 

我们输入以下命令拆卸驱动模块,如下图所示：

rmmod misc

 

那么，现在最简单的杂项设备已经完成了。