一、概述

字符設備的驅動包括設備號、字符設備結構體、自動創建設備節點、fops結構體

二、知識點

1. 設備號：一個32bit的數據，高12bit表示主設備號，低20bit表示次設備號
2. 宏定義：MAJOR(dev),MINOR(dev),MKDEV(ma,mi)
3. 分配設備號：register_chrdev_region、alloc_chrdev_region前者靜態分配設備號，后者動態分配設備號
4. cat /proc/devices 查看已經分配的設備號
5. 分配設備號

register_chrdev_region(dev_t, unsigned, const char*);      // 起始設備號、數量、名稱
alloc_chrdev_region(dev_t*, unsigned, unsigned, const char*);  // 保存申請到的設備號、起始次設備號、數量、名稱
unregister_chrdev_region(dev_t, unsigned);                // 要釋放的設備號、要釋放的設備號的數量

6. 注冊一個字符設備

struct cdev {
	struct kobject kobj;                    // 父對象
	struct module *owner;                   // 所有者
	const struct file_operations *ops;      // fops
	struct list_head list;                  // 鏈表頭
	dev_t dev;                              // 設備號
	unsigned int count;                     // 數量
} __randomize_layout;
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);        // 初始化cdev結構體并關聯fops
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned);        // 關聯設備號和數量，并注冊cdev
void cdev_del(struct cdev *);                        // 注銷cdev    

7. 文件操作函數結構體

struct file_operations ;
應用層的open、read、write、close、ioctl函數均有驅動層的相應函數對應，這些函數指針都放在file_operation結構體中

8. 創建設備節點

手動創建設備節點 mknod /dev/xxx c 250 0
struct class *cls = class_create(owner, name);
void class_destroy(struct class *cls);
device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);
void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);

9. 用戶空間和內核空間
   通過系統調用、軟中斷、硬件中斷，進程由用戶空間陷入內核空間。兩個空間拷貝數據的API：copy_from_user和copy_to_user
10. file結構體的私有數據，一般驅動空間中會由一個自定義的結構體，這樣在open時設置file的private_data為該結構體實例對象的指針，在后續的read/write函數中通過訪問file的private_data就可以得到有用數據
11. container_of(type, struct, name); 通過結構體成員的地址得到結構體的地址
12. 錯誤處理：使用goto完成不同階段的錯誤處理退出，使用IS_ERR判斷指針是否有效，通過PTR_TO_ERR將錯誤指針返回錯誤

三、雜項設備

1. 雜項設備是無法歸類的一系列設備，主設備號都是10，用來避免主設備號的浪費
2. 雜項設備不需要手動設置設備節點，實現相應的miscdevice結構體，填充name、minor和fops即可（minor使用MISC_DYNAMIC_MINOR表示動態申請次設備號）
3. 實現miscdevice結構體之后，調用misc_register就可以注冊一個雜項設備并自動生成設備節點
4. 調用misc_unregister注銷雜項設備

四、字符設備的驅動框架

1. 定義cdev結構體
2. 動態分配一個設備號alloc_chrdev_region
3. 初始化cdev結構體并添加到系統中cdev_init cdev_add
4. 設置自動創建設備節點class_create device_create
5. cdev_init時需要傳入fops，因此需要實現fops的幾個函數，open、read、write等等
6. 出口函數中需要反過來一步一步地注銷