lv15 驱动高级设备模型 1

news2024/10/6 22:28:15

之前的驱动操作称为硬编

一、起源

仅devfs（dev目录），导致开发不方便以及一些功能难以支持：

  1. 热插拔（如何插入一个设备然后找到设备的驱动应用到程序中）

  2. 不支持一些针对所有设备的统一操作（如电源管理）

  3. 不能自动mknod

  4. 用户查看不了设备信息（必须cat /proc/devices 查看组设备号）

  5. 设备信息硬编码，导致驱动代码通用性差，即没有分离设备和驱动

二、新方案

总设计原则：

uevent机制：sysfs + uevent + udevd（上层app）

2.1 sysfs: 一种用内存模拟的文件系统，系统启动时mount到/sys目录

sysfs 是 Linux 内核提供的一种虚拟文件系统，它将内核中设备、驱动程序和总线等信息以文件和目录的形式呈现给用户空间。当有新的设备插入或移除时，相关的信息会被添加、修改或删除，并通过 uevent 发送到用户空间。

sysfs用途：（类似于windows的设备管理器）

  1. 建立系统中总线、驱动、设备三者之间的桥梁

  2. 向用户空间展示内核中各种设备的拓扑图

  3. 提供给用户空间对设备获取信息和操作的接口，部分取代ioctl功能

sysfs在内核中的组成要素在用户空间/sys下的显示
内核对象（kobject，可以包含多个子目录）目录
对象属性（attribute）文件
对象关系（relationship）链接（Symbolic Link）

四个基本结构

类型所包含的内容内核数据结构对应/sys项
设备(Devices)设备是此模型中最基本的类型，以设备本身的连接按层次组织struct device/sys/devices/?/?/.../
驱动(Drivers)在一个系统中安装多个相同设备，只需要一份驱动程序的支持struct device_driver/sys/bus/pci/drivers/?/
总线(Bus)在整个总线级别对此总线上连接的所有设备进行管理struct bus_type/sys/bus/?/
类别(Classes)这是按照功能进行分类组织的设备层次树；如 USB 接口和 PS/2 接口的鼠标都是输入设备，都会出现在/sys/class/input/下struct class/sys/class/?/

 

 

目录组织结构：

/sys下的子目录所包含的内容
/sys/devices这是内核对系统中所有设备的分层次表达模型，也是/sys文件系统管理设备的最重要的目录结构；
/sys/dev这个目录下维护一个按字符设备和块设备的主次号码(major:minor)链接到真实的设备(/sys/devices下)的符号链接文件；
/sys/bus这是内核设备按总线类型分层放置的目录结构， devices 中的所有设备都是连接于某种总线之下，在这里的每一种具体总线之下可以找到每一个具体设备的符号链接，它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分；
/sys/class这是按照设备功能分类的设备模型，如系统所有输入设备都会出现在/sys/class/input 之下，而不论它们是以何种总线连接到系统。它也是构成 Linux 统一设备模型的一部分；
/sys/kernel这里是内核所有可调整参数的位置，目前只有 uevent_helper, kexec_loaded, mm, 和新式的slab 分配器等几项较新的设计在使用它，其它内核可调整参数仍然位于sysctl(/proc/sys/kernel) 接口中；
/sys/module这里有系统中所有模块的信息，不论这些模块是以内联(inlined)方式编译到内核映像文件(vmlinuz)中还是编译为外部模块(ko文件)，都可能会出现在/sys/module 中
/sys/power这里是系统中电源选项，这个目录下有几个属性文件可以用于控制整个机器的电源状态，如可以向其中写入控制命令让机器关机、重启等。

2.2 uevent

uevent 是一种内核事件通知机制，它负责在发生设备插拔事件时生成事件消息，并将消息发送给用户空间。这些消息可以包含有关设备的信息，例如设备的类型、标识符和状态等。

2.3 udevd

udevd 是一个在用户空间运行的守护进程，它监听来自内核的 uevent 消息，并根据这些消息来管理设备节点的创建和销毁。当 udevd 接收到 uevent 消息时，它会执行预定义的规则，以便为新插入的设备创建相应的设备节点，并在设备移除时进行清理工作。

三、代码中自动mknod

目的：自动在dev目录下创建设备，省去手工mknod

带有面向思想的内容去理解struct class

struct class *class_create(struct module *owner, const char *name);
/*
 * 功能：在/sys/class生成一个目录,目录名由name指定
 * 参数：
    struct module *owner - THIS_MODULE
    const char *name - 目录名
 * 返回值  成功：class指针   失败：NULL
*/
/*
辅助接口：可以定义一个struct class 的指针变量cls来接受返回值，然后通过IS_ERR(cls)判断是否失败；
IS_ERR(cls);成功----------------->0
IS_ERR(cls);失败----------------->非0
PTR_ERR(cls);来获得失败的返回错误码；
*/

 销毁struct classs

void class_destroy(struct class *cls)
/*
* 功能：删除class_create生成目录
* 参数：
    struct class *cls - class指针
* 返回值
*/

创建节点 （重点关注*fmt和...最后两个参数，用法类似printk,可以方便创建设备)

struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
                 dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
/*
 * 功能：在/sys/class目录下class_create生成目录再生成一个子目录与该设备相对应，发uevent让应用程序udevd创建设备文件
 * 参数：
    struct class *class - class指针
    struct device *parent - 父对象，一般NULL
    dev_t devt - 设备号
    void *drvdata - 驱动私有数据，一般NULL
    const char *fmt - 字符串的格式
     ... - 不定参数
 * 返回值
    成功：device指针
    失败：NULL
 */

 删除devicecreate生成的目录

void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
/*
 * 功能：删除device_create生成目录
 * 参数：
    struct class *class - class指针
    dev_t devt - 设备号
 * 返回值
*/

3.1 利用second.c的代码修改

second.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/atomic.h>


int major = 11;
int minor = 0;
int mysecond_num  = 1;

struct mysecond_dev
{
	struct cdev mydev;

	atomic_t openflag;//1 can open, 0 can not open

	struct timer_list timer;
	int second;

	struct class *cls;       //<-----------------
	struct device *dvs;       //<-----------------
};

struct mysecond_dev gmydev;

void timer_func(unsigned long arg)
{
	struct mysecond_dev * pmydev = (struct mysecond_dev *)arg;
	pmydev->second++;
	mod_timer(&pmydev->timer, jiffies + 1 * HZ);

}

int mysecond_open(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{
	struct mysecond_dev *pmydev = NULL;

	pfile->private_data =(void *) (container_of(pnode->i_cdev,struct mysecond_dev,mydev));
	
	pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;

	//运算后结果为0则返回真，否则返回假表示设备已经被打开
	if(atomic_dec_and_test(&pmydev->openflag))
	{
		pmydev->timer.expires = jiffies + 1 * HZ;
		pmydev->timer.function = timer_func;
		pmydev->timer.data = (unsigned long)pmydev;
		add_timer(&pmydev->timer);

		return 0;
	}
	else
	{
		atomic_inc(&pmydev->openflag);
		printk("The device is opened already\n");
		return -1;
	}
}

int mysecond_close(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{
	struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;

	del_timer(&pmydev->timer);
	atomic_set(&pmydev->openflag,1);

	return 0;
}

int mysecond_read(struct file *pfile,char __user *puser, size_t size, loff_t *p_pos)
{
	struct mysecond_dev *pmydev = (struct mysecond_dev *)pfile->private_data;
	int ret = 0;

	if(size < sizeof(int))
	{
		printk("the expect read size is invalid\n");
		return -1;
	}
	if(size >= sizeof(int))
	{
		size= sizeof(int);
	}

	ret = copy_to_user(puser, &pmydev->second, size);
	if(ret)
	{
		printk("copy to user failed\n");
		return -1;
	}

	return 0;
}

struct file_operations myops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = mysecond_open,
	.release = mysecond_close,
	.read = mysecond_read,
};

int __init mysecond_init(void)
{
	int ret = 0;
	dev_t devno = MKDEV(major,minor);

	/*申请设备号*/
	ret = register_chrdev_region(devno,mysecond_num,"mysecond");
	if(ret)
	{
		ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,mysecond_num,"mysecond");
		if(ret)
		{
			printk("get devno failed\n");
			return -1;
		}
		major = MAJOR(devno);//容易遗漏，注意
	}

	/*给struct cdev对象指定操作函数集*/	
	cdev_init(&gmydev.mydev,&myops);

	/*将struct cdev对象添加到内核对应的数据结构里*/
	gmydev.mydev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_add(&gmydev.mydev,devno,mysecond_num);

	//初始化置位1
	atomic_set(&gmydev.openflag,1);

	//初始化定时器
	init_timer(&gmydev.timer);

	gmydev.cls = class_create(THIS_MODULE, "mysecond");    //<-----------------
	if(IS_ERR(gmydev.cls))
	{
		printk("class_create failed\n");
		cdev_del(&gmydev.mydev);
		unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);
		return -1;
	}
	
	gmydev.dvs = device_create(gmydev.cls, NULL, devno, NULL,"mysec");   //<-----------------
	if(gmydev.dvs == NULL)
	{
		printk("device_create failed\n");
		class_destroy(gmydev.cls);
		cdev_del(&gmydev.mydev);
		unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);
		return -1;
	}

	return 0;
}

void __exit mysecond_exit(void)
{
	dev_t devno = MKDEV(major,minor);

	device_destroy(gmydev.cls, devno);    //<-----------------
	class_destroy(gmydev.cls);            //<-----------------

	cdev_del(&gmydev.mydev);

	unregister_chrdev_region(devno,mysecond_num);
}


MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(mysecond_init);
module_exit(mysecond_exit);

修改Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)

ifeq ($(ARCH),arm)
KERNELDIR ?= /home/linux/Linux_4412/kernel/linux-3.14
ROOTFS ?= /opt/4412/rootfs
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
endif
PWD := $(shell pwd)


modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

modules_install:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS) modules_install

clean:
	rm -rf  *.o  *.ko  .*.cmd  *.mod.*  modules.order  Module.symvers   .tmp_versions

else

CONFIG_MODULE_SIG=n
obj-m += mychar.o
obj-m += mychar_poll.o
obj-m += openonce_atomic.o
obj-m += openonce_spinlock.o
obj-m += mychar_sema.o
obj-m += mychar_mutex.o
obj-m += second.o
#obj-m += leddrv.o
#obj-m += leddrv_dt.o
#obj-m += fs4412_key2.o
#obj-m += fs4412_key2_tasklet.o
#obj-m += fs4412_key2_workqueue.o

endif

编译

测试，不需要我们自己mknod

 

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