字符设备驱动开发实验

news2024/12/26 2:37:55

我们以 chadev 这个虚拟设备为例，完整的编写一个字符设备驱动模块。chadev 不是实际存在的一个设备，是为了方便讲解字符设备的开发而引入的一个虚拟设备设备有两个缓冲区，一个为读缓冲区，一个为写缓冲区，这两个缓冲区的大小都为 100 字节。在应用程序中可以向 chadev 设备的写缓冲区中写入数据，从读缓冲区中读取数据。

1、编写实验程序

驱动程序chardevirs.c

#include <linux/module.h> //所有模块都需要的头文件
#include <linux/init.h> // init&exit 相关宏
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/fs.h>



#define  CHRDEVBASE_MAJOR    200   //主设备号
#define  CHRDEVBASE_NAME     "chadev"  //驱动名字

static char readbuf[100];  //读缓存
static char writebuf[100];  //写缓存
static char kerneldata[] = {"kernel data!"};

static int  char_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
       // printk("chardevbase_open\n");
        return 0;
}

static ssize_t  char_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{     
       int ret = 0;  
      // printk("chardevbase_read\n");
       memcpy(readbuf,kerneldata,sizeof(kerneldata));
      //向用户空间发送数据 
       ret = copy_to_user(buf,readbuf,count);
       if(ret == 0)
       {
           
       }else
       {
        
       }

       
       return 0;

}

static int  char_release(struct inode *inode, struct file *file)
{

    //printk("chardevbase_release\n");
    return 0;
}


static ssize_t   char_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
        int ret = 0;
        //printk("chardevbase_write\n");
        /* 接收用户空间传递给内核的数据并且打印出来 */
        ret = copy_from_user(writebuf,buf,count);
        if(ret ==0)
        {
              printk("kernel recevdata:%s\n",writebuf);  
        }else
        {
                
        }

        
        return 0;

}

//设备操作函数结构体
static  struct   file_operations   chrdebase_fops = {
          .owner      = THIS_MODULE,
          .open       = char_open,
          .release    = char_release,
          .read       = char_read,
          .write      = char_write,
};

//驱动入口函数
static int __init  hello_init (void)
{       
          int  ret;
          printk("Hello module init\n");
          ret = register_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR,CHRDEVBASE_NAME,&chrdebase_fops);  //注册字符设备驱动
          if(ret < 0)
          {
               printk("chardevbase init failed\n");

          }
          
          return 0;
}
//驱动出口函数
static void __exit hello_exit (void)
{
          printk("Hello module exit\n");
          unregister_chrdev(CHRDEVBASE_MAJOR, CHRDEVBASE_NAME);  //注销字符设备驱动
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

//LICENSE 和作者信息
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("hsj");

char_open 函数，当应用程序调用 open 函数的时候此函数就会调用，本例程中我们没有做任何工作，只是输出一串字符，用于调试。这里使用了 printk 来输出信息，而不是 printf！因为在 Linux 内核中没有 printf 这个函数。printk 相当于 printf 的孪生兄妹，printf 运行在用户态，printk 运行在内核态。在内核中想要向控制台输出或显示一些内容，必须使用 printk 这个函数。

char_read 函数，应用程序调用 read 函数从设备中读取数据的时候此函数会执行。参数 buf 是用户空间的内存，读取到的数据存储在 buf 中，参数 cnt 是要读取的字节数，参数 offt 是相对于文件首地址的偏移。kerneldata 里面保存着用户空间要读取的数据，先将 kerneldata 数组中的数据拷贝到读缓冲区 readbuf 中，通过函数 copy_to_user 将 readbuf 中的数据复制到参数 buf 中。因为内核空间不能直接操作用户空间的内存，因此需要借助 copy_to_user 函数来完成内核空间的数据到用户空间的复制

static inline long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

参数 to 表示目的，参数 from 表示源，参数 n 表示要复制的数据长度。如果复制成功，返回值为 0，如果复制失败则返回负数。

char_write 函数，应用程序调用 write 函数向设备写数据的时候此函数就会执行。参数 buf 就是应用程序要写入设备的数据，也是用户空间的内存，参数 cnt 是要写入的数据长度，参数 offt 是相对文件首地址的偏移。通过函数 copy_from_user 将 buf 中的数据复制到写缓冲区 writebuf 中，因为用户空间内存不能直接访问内核空间的内存，所以需要借助函数 copy_from_user 将用户空间的数据复制到 writebuf 这个内核空间中。

2、编写测试 APP

应用程序charapp.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>


int main(int argc,char *argv[])
{   
        char  buf[100];
        char  wbuf[100];
        char  writebuf[] = "hello kernel";
        int   ret;
        int   fd;
        char *filename;
        
        if(argc != 3)
        {
            printf("Error usage!\r\n");
            return -1;
        }
        filename = argv[1];

        fd = open(filename,O_RDWR);
        if(fd < 0)
        {         
                printf("open failed\n");
                return -1;
        }
         
        if(atoi(argv[2])==1);  //读
        { 
             ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
             if(ret < 0)
            {

                printf("read failed\n");
                return -1;
            }
            else 
            {
                printf("APP read data: %s\r\n",buf);
            }
        }
     if(atoi(argv[2]) == 2)   //写
     {  
        memcpy(wbuf,writebuf,sizeof(writebuf));
        ret =  write(fd, wbuf, sizeof(writebuf));
        if(ret < 0)
        {

             printf("write failed\n");
            return -1;
        }else
        {
            
        }
    }

      close(fd); 
      return 0;   
}

判断运行测试 APP 的时候输入的参数是不是为 3 个，main 函数的 argc 参数表示参数数量，argv[]保存着具体的参数，如果参数不为 3 个的话就表示测试 APP 用法错误。比如，现在要从 chadev设备中读取数据，需要输入如下命令：

./app /dev/chadev 1

上述命令一共有三个参数“./chrdevbaseApp”、“/dev/chadev”和“1”，这三个参数分别对应 argv[0]、argv[1]和 argv[2]。第一个参数表示运行 APP 这个软件，第二个参数表示测试APP要打开/dev/chadev这个设备。第三个参数就是要执行的操作，1表示从chadev 中读取数据，2 表示向 chadev 写数据。

3、运行测试

加载驱动模块