5.2.6.字符设备驱动工作原理1

什么是模块？什么是驱动？

模块驱动的雏形，你要能操控硬件才叫驱动

在空的模块的基础上，安装驱动

5.2.6.1、系统整体工作原理
(1)应用层->API->设备驱动->硬件
(2)API：open、read、write、close等
(3)驱动源码中提供真正的open、read、write、close等函数实体

5.2.6.2、file_operations结构体

(1)元素主要是函数指针，用来挂接实体函数地址
(2)每个设备驱动都需要一个该结构体类型的变量
(3)设备驱动向内核注册时提供该结构体类型的变量

注册就是 file_iperations 结构体

/*
 * NOTE:
 * read, write, poll, fsync, readv, writev, unlocked_ioctl and compat_ioctl
 * can be called without the big kernel lock held in all filesystems.
 */
struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
	ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);
	int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
	unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
	int (*check_flags)(int);
	int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
	ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
	int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);
};

5.2.6.3、注册字符设备驱动
(1)为何要注册驱动

需要内核知道！！！
(2)谁去负责注册

驱动自己注册
(3)向谁注册

向内核注册
(4)注册函数从哪里来

register_chrdev
(5)注册前怎样？注册后怎样？注册产生什么结果？

注册前内核查不到，注册后不是黑户了，

5.2.7.字符设备驱动工作原理2
5.2.7.1、register_chrdev详解(#include <linux/fs.h>)

static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
				  const struct file_operations *fops)
{
	return __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops);
}


static ： 为什么 加 static ，为了不和别的 文件 冲突

inline ： 函数不能定义在头文件，如果你这个头文件被2个或2个以上的头文件包含时，准确的说 在链接时，会 报 重复定义 ！   怎样避免重复定义 就是 加 inline ,

如果注册成功 返回值 0 
如果注册失败 返回 负整数

unsigned int major ： major 大的， 这里是主设备 编号 1-255，类似于人的 身份证号

const char *name ：输入型参数，字符串指针 ， 设备驱动的 名字，主要为了 我们 好识别 ，人的 名字

const struct file_operations *fops ：输入型参数，结构体 指针 变量，我们注册的 关键
    把我们 file_operations 结构体 挂钩



4.6.4.2、内联函数和inline关键字
(1)内联函数通过在函数定义前加inline关键字实现。
(2)内联函数本质上是函数，所以有函数的优点（内联函数是编译器负责处理的，编译器可以帮我们做参数的静态类型检查）；
  但是他同时也有带参宏的优点（不用调用开销，而是原地展开）。所以几乎可以这样认为：内联函数就是带了参数静态类型检查的宏。
(3)当我们的函数内函数体很短（譬如只有一两句话）的时候，我们又希望利用编译器的参数类型检查来排错，我还希望没有调用开销时，最适合使用内联函数。

(1)作用，驱动向内核注册自己的file_operations
(2)参数
(3)inline和static
5.2.7.2、内核如何管理字符设备驱动
(1)内核中有一个数组用来存储注册的字符设备驱动
(2)register_chrdev内部将我们要注册的驱动的信息（主要是）存储在数组中相应的位置
(3)cat /proc/devices查看内核中已经注册过的字符设备驱动（和块设备驱动）

(4)好好理解主设备号（major）的概念
5.2.7.3、回顾和展望
(1)回顾：inline、static等关键字
(2)回顾：/proc文件系统的作用
(3)展望：将来深入学习驱动时可以去跟register_chrdev到内部看，验证我们上面讲的原理

5.2.8.字符设备驱动代码实践1
5.2.8.1、思路和框架
(1)目的：给空模块添加驱动壳子
(2)核心工作量：file_operations及其元素填充、注册驱动
5.2.8.2、如何动手写驱动代码
(1)脑海里先有框架，知道自己要干嘛
(2)细节代码不需要一个字一个字敲，可以到内核中去寻找参考代码复制过来改
(3)写下的所有代码必须心里清楚明白，不能似懂非懂
5.2.8.3、开始动手
(1)先定义file_operations结构体变量
(2)open和close函数原型确定、内容填充
module_test.c 文件

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>  /* 驱动头文件 */


#define MYMAJOR 200  /* 定义 register_chrdev 注册设备的 主设备号 */

#define MYNAME  "test_char" /* 定义 register_chrdev 注册设备的 设备名字 */

/* NOTE  自己定义函数指针  test_chrdev_open  */
static int test_chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	/* 这个函数中真正应该 放置 打开这个硬件设备的 操作代码 ,我们先 printk 代替一下 */
	printk(KERN_DEBUG "test_chrdev_open\n");
	
	return 0;

} /* test_chrdev_open() */



/* NOTE  自己定义函数指针 test_chrdev_release ,   release对应的就是 close  */
static int test_chrdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk(KERN_DEBUG "test_chrdev_release\n");

	return 0;
}


//自定义  file_operations 结构体 及其元素填充
/* NOTE  定义 register_chrdev 注册设备的 设备结构体 test_fops */
static const struct file_operations test_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,                    /* 所有的驱动 代码这一行不需要动，所有的都是这样，不是函数指针, 惯例直接写即可 */
	
	.open		= test_chrdev_open,  /* 将来应用 open 打开这个设备时实际 调用的就是这个 .open  函数指针*/
	.release	= test_chrdev_release,         /* release对应的就是 close    函数指针 */
};









// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	
	int ret = -1;  /* 定义 register_chrdev 的返回值  */
	
	printk(KERN_DEBUG "chrdev_init helloworld init\n");
	
	
	// 在 module_init 宏 调用函数中去注册字符串 设备驱动
	ret = register_chrdev(MYMAJOR, "test_char", &test_fops);
	if(ret)
	{
		printk(KERN_ERR "registe_chrdev fail \n");
		return -EINVAL;  /* 返回一个错误码 需要加 ’-‘负号*/
	}
	printk(KERN_INFO "register_chrdev success....\n");
	
	return 0;
}

// 模块卸载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{
	printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");
	
	// 在 module_exit宏 调用函数中去注销 字符串 设备驱动
	unregister_chrdev(MYMAJOR, "test_char");  /* 这里不判断返回值 了，一般不会出错 */
}


module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);

// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息




/***********************************************************
如果 KERN_DEBUG 打印不出来，更改打印级别	
printk(KERN_DEBUG "chrdev_init helloworld init\n"); 

[root@liang_x210 driver_test]# cat /proc/sys/kernel/printk
7       4       1       7
[root@liang_x210 driver_test]# echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
[root@liang_x210 driver_test]# cat /proc/sys/kernel/printk
8       4       1       7
************************************************************/

Makefiel 文件和上一节一样，无需更改

		
# 开发板的linux内核的源码树目录  
KERN_DIR = /root/driver/kernel

obj-m	+= module_test.o

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

cp:
	cp *.ko /root/rootfs/rootfs/driver_test 

.PHONY: clean	
clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean

运行结果：

1.查看 字符设备驱动 号 ，找一个没有被占用的，我们在 代码中 已经选好 为 200
cat /proc/devices   

2.

5.2.9.3、让内核自动分配主设备号
(1)为什么要让内核自动分配

(2)如何实现？
(3)测试

代码：

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>


#define MYMAJOR 200  /* 定义 register_chrdev 注册设备的 主设备号 */

#define MYNAME  "test_char" /* 定义 register_chrdev 注册设备的 设备名字 */

int mymajor; /* 定义 register_chrdev 注册设备号*/

/* NOTE  自己定义函数指针  test_chrdev_open  */
static int test_chrdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	/* 这个函数中真正应该 放置 打开这个硬件设备的 操作代码 ,我们先 printk 代替一下 */
	printk(KERN_DEBUG "test_chrdev_open\n");
	
	return 0;

} /* test_chrdev_open() */




/* NOTE  自己定义函数指针 test_chrdev_release ,   release对应的就是 close  */
static int test_chrdev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk(KERN_DEBUG "test_chrdev_release\n");

	return 0;
}



//自定义  file_operations 结构体 及其元素填充
/* NOTE  定义 register_chrdev 注册设备的 设备结构体 test_fops */
static const struct file_operations test_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,                    /* 所有的驱动 代码这一行不需要动，所有的都是这样，不是函数指针, 惯例直接写即可 */
	
	.open		= test_chrdev_open,  /* 将来应用 open 打开这个设备时实际 调用的就是这个 .open  函数指针*/
	.release	= test_chrdev_release,         /* release对应的就是 close    函数指针 */
};









// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	
	int ret = -1;  /* 定义 register_chrdev 的返回值  */
	
	printk(KERN_DEBUG "chrdev_init helloworld init\n");
	
	
	// 在 module_init 宏 调用函数中去注册字符串 设备驱动
	mymajor = register_chrdev(0, "test_char", &test_fops);   /* major设成0，内核帮我们自动分配空白的设备号，分配的值会 做返回值 ，负数还是返回失败  */
	if(mymajor < 0)
	{
		printk(KERN_ERR "registe_chrdev fail \n");
		return -EINVAL;  /* 返回一个错误码 需要加 ’-‘负号*/
	}
	printk(KERN_INFO "自动分配 register_chrdev success....mymajor = %d \n",mymajor);
	
	return 0;
}

// 模块卸载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{
	printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");
	
	// 在 module_exit宏 调用函数中去注销 字符串 设备驱动
	unregister_chrdev(mymajor, "test_char");  /* 这里不判断返回值 了，一般不会出错 */
}


module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);

// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息




/***********************************************************
如果 KERN_DEBUG 打印不出来，更改打印级别	
printk(KERN_DEBUG "chrdev_init helloworld init\n"); 

[root@liang_x210 driver_test]# cat /proc/sys/kernel/printk
7       4       1       7
[root@liang_x210 driver_test]# echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
[root@liang_x210 driver_test]# cat /proc/sys/kernel/printk
8       4       1       7
************************************************************/