关于“字符设备注册函数”的总结

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

1、早期注册字符设备使用的函数

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops);

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这个函数是linux版本2.4之前的注册方式，它的原理是：

（1）确定一个主设备号

（2）构造一个file_operations结构体, 然后放到chrdevs数组中

（3）注册：register_chrdev

然后当读写字符设备的时候，就会根据主设备号从chrdevs数组中取出相应的结构体，并调用相应的处理函数。

它会有个很大的缺点:

每注册个字符设备，都还会连续注册0~255个次设备号，使它们绑定在同一个file_operations操作方法结构体上，而我们在大多数情况下，都只会用到极少的次设备号，所以会造成资源的极大浪费。

所以在内核2.4版本后，内核里就加入了以下几个函数来实现注册字符设备：
静态注册（指定设备编号来注册）；
动态分配（不指定设备编号来注册）；
有连续注册的次设备编号范围区间。

2、2.4内核版本后的注册函数

2.1 静态注册字符设备

讯享网int register_chrdev_region(dev_t devid, unsigned count, const char *name);

devid: 注册的指定起始设备编号，比如：MKDEV(100, 0)表示起始主设备号100, 起始次设备号为0

count:需要连续注册的次设备编号个数,比如: 起始次设备号为0,count=100,表示0~99的次设备号都要绑定在同一个file_operations操作方法结构体上

*name:字符设备名称

当返回值小于0表示注册失败。

2.2 动态分配字符设备

/*注册成功并将分配到的主次设备号放入*dev里*/ int alloc_chrdev_region(dev_t *devid, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name);

devid: 存放起始设备编号的指针。当注册成功, *devid就会等于分配到的起始设备编号，可以通过MAJOR()和MINNOR()函数来提取主次设备号。

baseminor:次设备号基地址,也就是起始次设备号

count:需要连续注册的次设备编号个数,比如: 起始次设备号(baseminor)为0,baseminor=2,表示0~1的此设备号都要绑定在同一个file_operations操作方法结构体上

*name:字符设备名称

当返回值小于0，表示注册失败。

2.3 cdev_init/cdev_add/cdev_del

cdev结构体的成员,如下所示:

讯享网struct cdev { 
    struct kobject kobj; // 内嵌的kobject对象  struct module *owner; //所属模块 const struct file_operations *ops; //操作方法结构体 struct list_head list; 　　　　　　//与 cdev 对应的字符设备文件的 inode->i_devices 的链表头 dev_t dev; 　　　　　　　　//起始设备编号,可以通过MAJOR(),MINOR()来提取主次设备号 unsigned int count; 　　 //连续注册的次设备号个数 };

1. cdev_init

 /*初始化cdev结构体,并将file_operations结构体放入cdev-> ops 里*/ void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);

2. cdev_add

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讯享网/*将cdev结构体添加到系统中,并将dev(注册好的设备编号)放入cdev-> dev里, count(次设备编号个数)放入cdev->count里*/ int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);

通过查看内核2.6的include/linux/kdev_t.h文件得知，次设备号用20位表示，主设备号用12位表示，所以，在2.6版本之后，内核共可以表示2^12 * 2^20 = 4G个驱动程序。

3. cdev_del

/*将系统中的cdev结构体删除掉*/ void cdev_del(struct cdev *p);

2.4 注销字符设备

讯享网 /*注销字符设备*/ void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

from: 注销的指定起始设备编号,比如:MKDEV(100, 0),表示起始主设备号100, 起始次设备号为0

count:需要连续注销的次设备编号个数,比如: 起始次设备号为0,baseminor=100,表示注销掉0~99的次设备号

3、编写字符设备驱动示例

里面调用两次上面的函数,构造两个不同的file_operations操作结构体,

次设备号0~1对应第一个file_operations,

次设备号2~3对应第二个file_operations,

然后在/dev/下,通过次设备号（0~4）创建5个设备节点, 利用应用程序打开这5个文件，看有什么现象

3.1 驱动代码

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> #include <asm/arch/regs-gpio.h> #include <asm/hardware.h> #include <linux/poll.h> #include <linux/cdev.h> /* 1. 确定主设备号 */ static int major; static int hello1_open(struct inode *inode, struct file *file) { 
    printk("hello1_open\n"); return 0; } static int hello2_open(struct inode *inode, struct file *file) { 
    printk("hello2_open\n"); return 0; } /* 2. 构造file_operations */ static struct file_operations hello1_fops = { 
    .owner = THIS_MODULE, .open = hello1_open, }; static struct file_operations hello2_fops = { 
    .owner = THIS_MODULE, .open = hello2_open, }; #define HELLO_CNT 2 static struct cdev hello1_cdev; static struct cdev hello2_cdev; static struct class *cls; static int hello_init(void) { 
    dev_t devid; /* 3. 告诉内核 */ #if 0 major = register_chrdev(0, "hello", &hello_fops); /* (major, 0), (major, 1), ..., (major, 255)都对应hello_fops */ #else if (major) { 
    devid = MKDEV(major, 0); register_chrdev_region(devid, 2, "hello"); /* (major,0~1) 对应 hello1_fops, (major, 2~255)都不对应hello_fops */ } else { 
    alloc_chrdev_region(&devid, 0, 2, "hello"); /* (major,0~1) 对应 hello1_fops, (major, 2~255)都不对应hello_fops */ major = MAJOR(devid); } cdev_init(&hello1_cdev, &hello1_fops); cdev_add(&hello1_cdev, devid, 2); devid = MKDEV(major, 2); register_chrdev_region(devid, 1, "hello2"); /* (major,2) 对应 hello2_fops*/ cdev_init(&hello2_cdev, &hello2_fops); cdev_add(&hello2_cdev, devid, 1); #endif cls = class_create(THIS_MODULE, "hello"); class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello0"); /* /dev/hello0 */ class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 1), NULL, "hello1"); /* /dev/hello1 */ class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 2), NULL, "hello2"); /* /dev/hello2 */ class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 3), NULL, "hello3"); /* /dev/hello3 */ return 0; } static void hello_exit(void) { 
    class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0)); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 1)); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 2)); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 3)); class_destroy(cls); cdev_del(&hello2_cdev); unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 2), 1); cdev_del(&hello1_cdev); unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 2); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL");

3.2 测试代码

讯享网#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> void print_useg(char arg[])　　　　//打印使用帮助信息 { 
    printf("useg: \n"); printf("%s [dev]\n",arg); } int main(int argc,char **argv) { 
    int fd; if(argc!=2) { 
    print_useg(argv[0]); return -1; } fd=open(argv[1],O_RDWR); if(fd<0) printf("can't open %s \n",argv[1]); else printf("can open %s \n",argv[1]); return 0; }

3.3 编译测试

通过 ls /dev/hello* -l ，可以看到创建了4个字符设备节点。

打开/dev/hello0时,调用的是驱动代码的操作结构体hello1_fops里的.open(),

打开/dev/hello1时,调用的是驱动代码的操作结构体hello1_fops里的.open(),

打开/dev/hello2时,调用的是驱动代码的操作结构体hello2_fops里的.open(),

打开/dev/hello3时打开无效，因为在驱动代码里没有分配次设备号3的操作结构体。

# insmod hello.ko # ls /dev/hello* -l crw-rw---- 1 0 0 251, 0 Jan 1 03:40 /dev/hello0 crw-rw---- 1 0 0 251, 1 Jan 1 03:40 /dev/hello1 crw-rw---- 1 0 0 251, 2 Jan 1 03:40 /dev/hello2 crw-rw---- 1 0 0 251, 2 Jan 1 03:40 /dev/hello3 # # ./hello_test /dev/hello0 hello1_open can open /dev/hello0 # # ./hello_test /dev/hello1 hello1_open can open /dev/hello1 # # ./hello_test /dev/hello2 hello2_open can open /dev/hello2 # # ./hello_test /dev/hello3 can't open /dev/hello3

总结:

使用register_chrdev_region()等函数来注册字符设备，里面可以存放多个不同的file_oprations操作结构体，实现各种不同的功能（驱动）。

参考资料：