cdev結構體

1 struct cdev {
2 struct kobject kobj; /* 內嵌的 kobject 對象 */
3 struct module *owner; /*所屬模塊*/
4 struct file_operations *ops; /*文件操作結構體*/
5 struct list_head list;

6    dev_t dev;           /*設備號*/

7 unsigned int count; 
8 }; 

1.struct file_operations {

2 struct module *owner;

3 /* 擁有該結構的模塊的指針，一般為 THIS_MODULES */

4 loff_t(*llseek)(struct file *, loff_t, int);

5 /* 用來修改文件當前的讀寫位置 */

6 ssize_t(*read)(struct file *, char _ _user *, size_t, loff_t*);

7 /* 從設備中同步讀取數據 */

8 ssize_t(*write)(struct file *, const char _ _user *, size_t, loff_t*);

9 /* 向設備發送數據*/

10 ssize_t(*aio_read)(struct kiocb *, char _ _user *, size_t, loff_t);

11 /* 初始化一個異步的讀取操作*/

12 ssize_t(*aio_write)(struct kiocb *, const char _ _user *, size_t, loff_t);

13 /* 初始化一個異步的寫入操作*/

14 int(*readdir)(struct file *, void *, filldir_t);

15 /* 僅用于讀取目錄，對于設備文件，該字段為 NULL */

16 unsigned int(*poll)(struct file *, struct poll_table_struct*);

17 /* 輪詢函數，判斷目前是否可以進行非阻塞的讀取或寫入*/

18 int(*ioctl)(struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);

19 /* 執行設備 I/O 控制命令*/

20 long(*unlocked_ioctl)(struct file *, unsigned int, unsigned long);

21 /* 不使用 BLK 的文件系統，將使用此種函數指針代替 ioctl */

22 long(*compat_ioctl)(struct file *, unsigned int, unsigned long);

23 /* 在 64 位系統上，32 位的 ioctl 調用，將使用此函數指針代替*/

24 int(*mmap)(struct file *, struct vm_area_struct*);

25 /* 用于請求將設備內存映射到進程地址空間*/

26 int(*open)(struct inode *, struct file*);

27 /* 打開 */

28 int(*flush)(struct file*);

29 int(*release)(struct inode *, struct file*);

30 /* 關閉*/

31 int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);

32 /* 刷新待處理的數據*/

33 int(*aio_fsync)(struct kiocb *, int datasync);

34 /* 異步 fsync */

35 int(*fasync)(int, struct file *, int);

36 /* 通知設備 FASYNC 標志發生變化*/

37 int(*lock)(struct file *, int, struct file_lock*);

38 ssize_t(*sendpage)(struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);

39 /* 通常為 NULL */

40 unsigned long(*get_unmapped_area)(struct file *,unsigned long, unsigned long,

41 unsigned long, unsigned long);

42 /* 在當前進程地址空間找到一個未映射的內存段 */

43 int(*check_flags)(int);

44 /* 允許模塊檢查傳遞給 fcntl(F_SETEL...)調用的標志 */

45 int(*dir_notify)(struct file *filp, unsigned long arg);

46 /* 對文件系統有效，驅動程序不必實現*/

47 int(*flock)(struct file *, int, struct file_lock*);

48 ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t,

49 unsigned int); /* 由 VFS 調用，將管道數據粘接到文件 */

50 ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t,

51 unsigned int); /* 由 VFS 調用，將文件數據粘接到管道 */

52 int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);

53 };

Linux 2.6 內核提供了一組函數用于操作 cdev 結構體：

void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *); 用于初始化 cdev 的成員，并建立 cdev 和 file_operations 之間的連接

struct cdev *cdev_alloc(void); cdev_alloc()函數用于動態申請一個 cdev 內存

void cdev_put(struct cdev *p);

int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); cdev_add()函數和 cdev_del()函數分別向系統添加和刪除一個 cdev，完成字符設備的注冊和注

銷。對 cdev_add()的調用通常發生在字符設備驅動模塊加載函數中，而對 cdev_del()函數的調用則

通常發生在字符設備驅動模塊卸載函數中。

void cdev_del(struct cdev *);

cdev 結構體的 dev_t 成員定義了設備號，為 32 位，其中 12 位主設備號，20 位次設備號。使

用下列宏可以從 dev_t 獲得主設備號和次設備號：

MAJOR(dev_t dev)

MINOR(dev_t dev)

而使用下列宏則可以通過主設備號和次設備號生成 dev_t：

MKDEV(int major, int minor)

分配和釋放設備號

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

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

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

Linux字符設備的組成

1  /* 設備結構體 

2  struct xxx_dev_t { 

3      struct cdev cdev; 

4    ... 

5  } xxx_dev; 

6  /* 設備驅動模塊加載函數 

7  static int _ _init xxx_init(void) 

8  { 

9    ... 

10   cdev_init(&xxx_dev.cdev, &xxx_fops); /* 初始化 cdev */ 

11   xxx_dev.cdev.owner = THIS_MODULE; 

12   /* 獲取字符設備號*/ 

13   if (xxx_major) { 

14       register_chrdev_region(xxx_dev_no, 1, DEV_NAME); 

15   } else { 

16       alloc_chrdev_region(&xxx_dev_no, 0, 1, DEV_NAME); 

17   } 

18    

19   ret = cdev_add(&xxx_dev.cdev, xxx_dev_no, 1); /* 注冊設備*/ 

20   ... 

21 } 

22 /*設備驅動模塊卸載函數*/ 

23 static void _ _exit xxx_exit(void) 

24 { 

25    unregister_chrdev_region(xxx_dev_no, 1); /* 釋放占用的設備號*/ 

26    cdev_del(&xxx_dev.cdev); /* 注銷設備*/ 

27   ... 

28 } 

29 module_init(xxx_init);

30 module_exit(xxx_exit);

字符設備驅動的 file_operations 結構體中成員函數

1   /* 讀設備*/ 

2   ssize_t xxx_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, 

3       loff_t*f_pos) 

4   { 

5       ... 

6       copy_to_user(buf, ..., ...); 

7       ... 

8   } 

9   /* 寫設備*/ 

10  ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, 

11      loff_t *f_pos) 

12  { 

13      ... 

14      copy_from_user(..., buf, ...); 

15      ... 

16  } 

17  /* ioctl 函數 */ 

18  int xxx_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, 

19      unsigned long arg) 

20  { 

21      ... 

22      switch (cmd) { 

23      case XXX_CMD1: 

24            ... 

25            break; 

26      case XXX_CMD2: 

27            ... 

28            break; 

29      default: 

30            /* 不能支持的命令 */ 

31            return  - ENOTTY; 

32      } 

33      return 0; 

34  } 

設備驅動的讀函數中，filp 是文件結構體指針，buf 是用戶空間內存的地址，該地址在內核空

間不能直接讀寫，count 是要讀的字節數，f_pos 是讀的位置相對于文件開頭的偏移。

寫函數同理

由于內核空間與用戶空間的內存不能直接互訪，因此借助了函數 copy_from_user()完成用戶空間

到內核空間的拷貝，以及copy_to_user()完成內核空間到用戶空間的拷貝，見代碼第6行和第14行。

完成內核空間和用戶空間內存拷貝的 copy_from_user()和 copy_to_user()的原型分別為：

unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long count);

unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long count);

上述函數均返回不能被復制的字節數，因此，如果完全復制成功，返回值為 0。

在字符設備驅動中，需要定義一個 file_operations 的實例，并將具體設備驅動的函數賦值給

file_operations 的成員，例如：

1 struct file_operations xxx_fops = {

2 .owner = THIS_MODULE,

3 .read = xxx_read,

4 .write = xxx_write,

5 .ioctl = xxx_ioctl,

6 ...

7  }