Linux驱动开发笔记（四）：设备驱动介绍、熟悉杂项设备驱动和ubuntu开发杂项设备Demo

前言

驱动的开发需要先熟悉基本概念类型，本篇讲解linux杂项设备基础，还是基于虚拟机ubuntu去制作驱动，只需要虚拟机就可以尝试编写注册杂项设备的基本流程。

linux三大设备驱动

字符设备：IO的传输过程是以字符为单位的，没有缓冲，比如I2C（SDA、SCL），SPI（MISO、MOSI、SCLK、CS）。
块设备：IO的传输过程是以块为单位的，跟存储相关的都属于块设备，比如tf卡，sd卡。
网络设备：IO的传输以socket套接字来访问的。

杂项设备

杂项设备是属于字符设备，可以自动生成设备节点，设备节点位于/dev/目录下，是设备名称，如/dev/ttyS9等。
主设备号相同，统一为10，次设备号不同，主设备相同可以节省内核资源。
通过下列指令，可以查看系统杂项设备

cat /proc/misc

在虚拟机上测试，查看杂项：

设备号分为主设备号和次设备号，主设备号是唯一的，次设备号不一定唯一。
通过下列指令，可以查看系统主设备号：

cat /proc/devices

杂项设备描述结构体

ubuntu来说，自带的/usr/src下的就是内核的头文件。

cd /usr/src/linux-headers-4.18.0-15
vi include/linux/miscdevice.h

定位到之前ubuntu自带的内核头文件下：

查看到杂项设备的结构体：

struct miscdevice  {
        int minor;  // 次设备号
        const char *name;  // 设备节点名称（如/dev/ttyS8，则ttyS是名称）
        const struct file_operations *fops; // 文件操作集（非常重要）
        struct list_head list; 
        struct device *parent;
        struct device *this_device;
        const struct attribute_group **groups; 
        const char *nodename; 
        umode_t mode;
};

（注意：没打注释的，一般不管）

杂项设备文件操作集

cd /usr/src/linux-headers-4.18.0-15
vi include/linux/fs.h

搜索到（vi则直接使用“/”）:

struct file_operations {
        struct module *owner;
        loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
        int (*iterate_shared) (struct file *, struct dir_context *);
        __poll_t (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
        long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
        unsigned long mmap_supported_flags;
        int (*open) (struct inode *, struct file *);
        int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
        int (*release) (struct inode *, struct file *);
        int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
        int (*fasync) (int, struct file *, int);
        int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
        unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
        int (*check_flags)(int);
        int (*setfl)(struct file *, unsigned long);
        int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
        ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
        int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
        long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
                          loff_t len);
        void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
#ifndef CONFIG_MMU
        unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
#endif
        ssize_t (*copy_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *,
                        loff_t, size_t, unsigned int);
        int (*clone_file_range)(struct file *, loff_t, struct file *, loff_t,
                        u64);
        ssize_t (*dedupe_file_range)(struct file *, u64, u64, struct file *,
                        u64);
} __randomize_layout;

例如read函数，那么就是打开驱动使用系统read，打开这个设备驱动的句柄，那么久会调用read函数，其他的以此类推，还比较好理解。
以我们一个registerHelloWorld为例子，来简单说明。

驱动编写空模板准备

首先复制之前的hello world的驱动，改个名字为：registerMiscDev：

cd ~/work/drive
cp -arf hellowolrd registerMiscDev

cd registerMiscDev/
rm *.ko *.o *.order *.symvers

这里删除起来麻烦，修改makefile，添加clean：

然后测试一下：

继续修改源码文件名称：

mv helloworld.c registerMiscDev.c

修改完如下：

然后修改makefile里面的（obj-m模块名称改下），模板准备好了

下面基于registerMiscDev.c文件进行注册杂项设备，在修改.c文件：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int registerMiscDev_init(void)
{ 
    // 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printk
    printk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");	
    return 0;
}
static void registerMiscDev_exit(void)
{
    printk("bye-bye!!!\n");
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(registerMiscDev_init);

module_exit(registerMiscDev_exit);

杂项设备注册流程Demo

步骤一：填充miscdevice结构体

在编写驱动的时候，代码中填充信息结构体。
添加头文件miscdevice.h

#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>

然后填充杂项设备结构体：

(注意：开始为“.”，结束为“,”，最后一行习惯加“,”了，这样可以全部统一复制啥的，省的加没加的)

struct miscdevice misc_dev {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINRO, // 这个宏是动态分配次设备号，避免冲突
    .name = "register_hongPangZi_misc,  // 设备节点名称
    .fops = misc_fops, // 这个变量记住，自己起的，步骤二使用
}

步骤二：填充file_operations结构体

在编写驱动的时候，代码中填充文件操作结构体。

struct file_operations misc_fops {
  .owner = THIS_MODULE
}

步骤三：注册杂项设备并生成设备节点

注册到内核：

static int registerMiscDev_init(void)
{ 
    // 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printk
    printk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");	

    int ret = 0;
    ret = misc_register(misc_dev);
    if(ret < 0)
    {
        printk("Failed to misc_register(misc_dev)\n");	
        return -1;
    } 
    return 0;
}

有注册就有注销：

static int registerMiscDev_init(void)
{ 
    // 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printk
    printk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");	

    int ret = 0;
    ret = misc_register(&misc_dev);
    if(ret < 0)
    {
        printk("Failed to misc_register(misc_dev)\n");	
        return -1;
    } 
    return 0;
}

完整的文件源码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>

struct file_operations misc_fops = {
  .owner = THIS_MODULE,
};

struct miscdevice misc_dev = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, // 这个宏是动态分配次设备号，避免冲突
    .name = "register_hongPangZi_misc", // 设备节点名称
    .fops = &misc_fops,  // 这个变量记住，自己起的，步骤二使用
};

static int registerMiscDev_init(void)
{ 
    // 在内核里面无法使用基础c库printf，需要使用内核库printk
    printk("Hello, I’m hongPangZi, registerMiscDev_init\n");	

    int ret = 0;
    ret = misc_register(&misc_dev);
    if(ret < 0)
    {
        printk("Failed to misc_register(&misc_dev)\n");	
        return -1;
    } 
    return 0;
}

static void registerMiscDev_exit(void)
{
    misc_deregister(&misc_dev);
    printk("bye-bye!!!\n");
}

MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(registerMiscDev_init);
module_exit(registerMiscDev_exit);