1、主設備號和次設備號（二者一起為設備號）：

一個字符設備或塊設備都有一個主設備號和一個次設備號。主設備號用來標識與設備文件相連的驅動程序，用來反  映設備類型。次設備號被驅動程序用來辨別操作的是哪個設備，用來區分同類型的設備。

linux內核中，設備號用dev_t來描述，2.6.28中定義如下：

typedef u_long dev_t;

在32位機中是4個字節，高12位表示主設備號，低12位表示次設備號。

可以使用下列宏從dev_t中獲得主次設備號： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

也可以使用下列宏通過主次設備號生成dev_t:

MAJOR(dev_t dev);

MKDEV(int major,int minor);

MINOR(dev_t dev);

//宏定義：

#define MINORBITS    20

#define MINORMASK    ((1U << MINORBITS) - 1)  //1U后面的U表示1是unsigned int (如果是在VS編譯器下的話，就是32位)，把1U左移（<<，這是位運算符號，按位左移）20位就相當于1 * 2^20，然后-1，也就是mask替代了（2^20-1）。

                                              //得到的結果就是高12位全為0,低20位全為1

#define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))

#define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

#define MKDEV(ma,mi)    (((ma) << MINORBITS) | (mi))

2.分配設備號（兩種方法）

（1靜態申請

int register_chrdev_region(dev_t from,unsigned count,const char *name);

 (2)動態分配

int alloc_chardev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char *name);

注銷設備號：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)；

創建設備文件：

利用cat /proc/devices查看申請到的設備名，設備號。

（1）使用mknod手工創建：mknod filename type  major minor

 (2) 自動創建：

利用udev(mdev)來實現設備文件的自動創建，首先應保證支持udev(mdev),由busybox

配置，在驅動初始化代碼里調用class_create為該設備創建一個class,再為每個設備調用device_create

創建對應的設備。

3、字符設備驅動程序重要的數據結構：

（1）struct file：

代表一個打開的文件描述符，系統中每一個打開的文件在內核中都有一個關聯的struct file。它由內核在open時創建，并傳遞給在文件上操作的任何函數，直到最后關閉。當文件的所有實例都關閉之后，內核釋放這個數據結構。

 //重要成員

const struct file_operations *f_op;  //該操作是定義文件關聯操作的。內核在執行open時對這個指針賦值。

 off_t f_pos;                  //該文件讀寫位置。

 void  *private_data;          //該成員是系統調用時保存狀態信息非常有用的資源。

  2）struct inode:

用來記錄文件的物理信息。它和代表打開的file結構是不同的。一個文件可以對應多個file結構，但只有一個inode結構。inode一般作為file_operations結構中函數的參數傳遞過來。

inode譯成中文就是索引節點。每個存儲設備或存儲設備的分區（存儲設備是硬盤、軟盤、U盤 ... ... ）被格式化為文件系統后，應該有兩部份，一部份是inode，另一部份是Block，Block是用來存儲數據用的。而inode呢，就是用來存儲這些數 據的信息，這些信息包括文件大小、屬主、歸屬的用戶組、讀寫權限等。inode為每個文件進行信息索引，所以就有了inode的數值。操作系統根據指令， 能通過inode值最快的找到相對應的文件。

 dev_t i_rdev;   //對表示設備文件的inode結構，該字段包含了真正的設備編號。

 struct cdev *i_cdev;   //是表示字符設備的內核的內部結構，當inode指向一個字符設備文件時，該字段包含了指向struct_cdev結構的指針。

我們也可以使用下邊兩個宏從inode中獲得主設備號和次設備號

unsigned int iminor(struct inode *inode);

unsigned int imajor(struct inode *inode);

 （3）struct file_operations

   struct file_operation ***_ops={

 .owner=THIS_MODULE,

 .llseek=***_llseek,

 .read=***_read,

 .write=***_write,

 .ioctl=***_ioctl,

 .open=***_open,

 .release=***_release,

 .....

};   //strude file_operations 是一個函數指針的集合

struct module *owner;

字符設備驅動程序注意事項

 1）open()調用可能由于幾個原因而失敗。

（2）成功運行的read()和write()返回的字節數可能是1至請求的字節數之間的任意值，因此應用程序必須能處理這些情況。

（3）即使1字節的數據讀或寫就緒，select()也會返回成功。

（4）很多字符驅動程序方法是可選的，并不是所有的方法都提供。

另外，字符驅動程序不僅在drivers/char/目錄下。下面是一些“超級”字符驅動程序：

（1）串行驅動程序，放在drivers/serial/目錄下。

（2）輸入驅動程序，放在drivers/input/目錄下。

（3）幀緩存區(/dev/fb/*)提供對顯存的訪問，/dev/mem提供對系統內存的訪問途徑。

（4）一些設備類支持少量采用字符接口的硬件。

（5）一些子系統提供額外的字符接口，以向用戶空間提供原始的設備模型。例如MTD子系統。

（6）一些內核層提供鉤子，通過導出相應的字符接口實現用戶空間的設備驅動程序。 例如ioctl。

在drivers/目錄下的register_chrdev上運行grep-r可了解內核中字符驅動程序的大致情況。

 設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能

1、對設備初始化和釋放；

（1）字符設備cdev結構體初始化：

***********不是每個字符設備驅動都需要，cdev是為了構建設備模型，便于設備文件的管理所產生的。如果你的字符設備比較簡單或者你不需要構建設備模型，是可以不需要cdev.

file_operation結構是虛擬層上的東西，這樣使得驅動程序可以操作設備。*******************

           內核中每個字符設備都對應一個 cdev 結構的變量，下面是它的定義： linux-2.6.22/include/linux/cdev.h

struct cdev {

   struct kobject kobj;          // 每個 cdev 都是一個 kobject

   struct module *owner;       // 指向實現驅動的模塊

   const struct file_operations *ops;   // 操縱這個字符設備文件的方法

   struct list_head list;       // 與 cdev 對應的字符設備文件的 inode->i_devices 的鏈表頭

   dev_t dev;                   // 起始設備編號

   unsigned int count;       // 設備范圍號大小

};

        靜態內存定義初始化：

                        struct cdev my_cdev;

                        cdev_init(&my_cdev, &fops);

                        my_cdev.owner = THIS_MODULE;

                        void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)

                        {

                           memset(cdev, 0, sizeof *cdev);

                           INIT_LIST_HEAD(&cdev->list);

                           kobject_init(&cdev->kobj, &ktype_cdev_default);

                           cdev->ops = fops;

}      

        動態內存定義初始化：

                        struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

                        my_cdev->ops = &fops;

                        my_cdev->owner = THIS_MODULE;

                        struct cdev *cdev_alloc(void)

                        {

                         struct cdev *p = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);

                         if (p) {

                                 INIT_LIST_HEAD(&p->list);

                                 kobject_init(&p->kobj, &ktype_cdev_dynamic);

                                }

                         return p;

                        }

             由此可見，兩個函數完成都功能基本一致，只是 cdev_init() 還多賦了一個 cdev->ops 的值。

      初始化 cdev 后，需要把它添加到系統中去。為此可以調用 cdev_add() 函數。傳入 cdev 結構的指針，起始設備編號，以及設備編號范圍。

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

{

   p->dev = dev;

   p->count = count;

   return kobj_map(cdev_map, dev, count, NULL, exact_match, exact_lock, p);

}

關 于 kobj_map() 函數就不展開了，我只是大致講一下它的原理。內核中所有都字符設備都會記錄在一個 kobj_map 結構的 cdev_map 變量中。這個結構的變量中包含一個散列表用來快速存取所有的對象。kobj_map() 函數就是用來把字符設備編號和 cdev 結構變量一起保存到 cdev_map 這個散列表里。當后續要打開一個字符設備文件時，通過調用 kobj_lookup() 函數，根據設備編號就可以找到 cdev 結構變量，從而取出其中的 ops 字段。

當一個字符設備驅動不再需要的時候（比如模塊卸載），就可以用 cdev_del() 函數來釋放 cdev 占用的內存。

void cdev_del(struct cdev *p)

{

   cdev_unmap(p->dev, p->count);

   kobject_put(&p->kobj);

}

其中 cdev_unmap() 調用 kobj_unmap() 來釋放 cdev_map 散列表中的對象。kobject_put() 釋放 cdev 結構本身。

下面這個是必須要有的：

設備初始化

 static int first_drv_init(void)           

 {

   major=register_chrdev(0,'first_drv',&first_drv_fops); //注冊，告訴內核。

   firstdrv_class=class_create(THIS_MODULE,'firstdrv');   //創建一個類

   if(IS_ERR(firstdrv_class))

   return PTR_ERR(firstdrv_class);

   firstdrv_class_dev=class_device_create(firstdrv_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,'xyz');//xyz為設備名字

   gpfcon=(volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050,16);

   gpfdat=gpfcon+1;

   if(unlikely(IS_ERR(firstdrv_class_dev)))

   return PTR_ERR(firstdev_class_drv);

   return 0;

 }

 設備卸載

 static vodi first_drv_exit(void)

 {

   unregister_chrdev(major,'first_drv');//卸載

   class_device_unregister(firstdrv_class_dev);

   class_destroy(firstdrv_class);

   iounremap();

 }

　　2、把數據從內核傳送到硬件（copy_to_user)和從硬件讀取數據(copy_form_user)；

 結構體file_operations在頭文件 linux/fs.h中定義，用來存儲驅動內核模塊提供的對設備進行各種操作的函數的指針。該結構體的每個域都對應著驅動內核模塊用來處理某個被請求的 事務的函數的地址。

     fileoprations結構體上定義的函數進行具體的數據操作。

static struct  file_operations second_drv fops={

        .owner=THIS_MODULE;

        .write=second_drv_write;

        .open=second_drv_open;

        .read=second_drv_read;

        }    

      int major;

static int first_drv_open(struct inode *inode,struct file *file)

    {

     gpfcon &= ~((0x3<<(4*2))|(0x3<<(5*2))|(0x3<<(6*2)));    //GPF4,5,6為輸出

     gpfcon |=  ((0x1<<(4*2))|(0x1<<(5*2))|(0x1<<(6*2)));    //

     return 0;

    }

 static ssize_t first_drv_read(struct inode *inode,struct file *file)

    {

      return 0;

    }

    static ssize_t first_drv_write(struct file *file,const char _user *buf,size_t count,loff_t *ppos)

    {

      int val;