Linux驱动实践：你知道【字符设备驱动程序】的两种写法吗？

作  者：道哥，10 年嵌入式开发老兵，专注于：C/C 、嵌入式、Linux。

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目录

• 混乱的 API 函数

  
  

• 旧的 API 函数

  
  

• 新的 API 函数

  
  

• 代码实操

  
  

• 创建驱动程序源文件

  
  

• 创建 Makefile 文件

  
  

• 编译、加载驱动模块

  
  

• 应用程序

  
  

• 打开、读取、写入设备

  
  

• 卸载驱动模块

  
  

• 小结

  
  

• 自动在 /dev 目录下创建设备节点

  
  

• 代码下载

  
  

别人的经验，我们的阶梯！

大家好，我是道哥，今天我为大伙儿解说的技术知识点是：【字符设备的驱动程序】。

在上一篇文章中，讨论的是Linux系统中，驱动模块的两种编译方式。

我们就继续以此为基础，用保姆级的粒度一步一步操作，来讨论一下字符设备驱动程序的编写方法。

1. 这篇文章的实际操作部分，使用的是的 API 函数;

   
   

2. 下一篇文章，再来演示新的 API 函数;

   
   

混乱的 API 函数

我在刚开始接触Linux驱动的时候，非常的困扰：注册一个字符设备，怎么有这么多的 API 函数啊？

参考的每一篇文章中，使用的函数都不一样，但是执行结果都是符合预期的！

比如下面这几个：

1. register_chrdev(...);

   
   

2. register_chrdev_regin(...);

   
   

3. cdev_add(...);

   
   

它们的功能都是向系统注册字符设备，但是只从函数名上看，初学者谁能分得清它们的区别？！

这也难怪，Linux系统经过这么多年的发展，代码更新是很正常的事情。

但是，我们参考的文章就没法做到：很详细的把文章中所描述内容的背景介绍清楚，往往都是文章作者在自己的实际工作环境中，测试某种方法解决了自己的问题，于是就记录成文。

不同的文章、不同的工作上下文、不同的API函数调用，这往往就苦了我们初学者，特别是我这种有选择障碍症的人！

其实，上面这个几个函数都是正确的，它们的功能都是类似的，它们是Linux系统中不同阶段的产物。

旧的 API 函数

在Linux内核代码2.4版本和早期的2.6版本中，注册、卸载字符设备驱动程序的经典方式是：

注册设备：

int register_chrdev(unsigned int major,const char *name,struct file_operations *fops);

参数1 major：如果为0 - 由操作系统动态分配一个主设备号给这个设备；如果非0 - 驱动程序向系统申请，使用这个主设备号；

参数2 name：设备名称；

参数3 fops：file_operations 类型的指针变量，用于操作设备；

如果是动态分配，那么这个函数的返回值就是：操作系统动态分配给这个设备的主设备号。

这个动态分配的设备号，我们要把它记住，因为在其他的API函数中需要使用它。

卸载设备：

int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name)

参数1 major：设备的主设备号，也就是 register_chrdev() 函数的返回值(动态)，或者驱动程序指定的设备号(静态方式);

参数2 name：设备名称；

新的 API 函数

注册设备：

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);
上面这2个注册设备的函数，其实对应着旧的 API 函数 register_chrdev：把参数 1 表示的动态分配、静态分配，拆分成2个函数而已。

也就是说：

register_chrdev_region(): 静态注册设备;

alloc_chrdev_region(): 动态注册设备;

这两个函数的参数含义是：

register_chrdev_region参数：

参数1 from: 注册指定的设备号，这是静态指定的，例如：MKDEV(200, 0) 表示起始主设备号 200, 起始次设备号为 0;

参数2 count: 驱动程序指定连续注册的次设备号的个数，例如：起始次设备号是 0，count 为 10，表示驱动程序将会使用 0 ~ 9 这 10 个次设备号;

参数3 name：设备名称;

alloc_chrdev_region参数：

参数1 dev: 动态注册就是系统来分配设备号，那么驱动程序就要提供一个指针变量来接收系统分配的结果(设备号);

参数2 baseminor: 驱动程序指定此设备号的起始值;

参数3 count: 驱动程序指定连续注册的次设备号的个数，例如：起始次设备号是 0，count 为 10，表示驱动程序将会使用 0 ~ 9 这 10 个次设备号;

参数4 name：设备名称;

补充一下关于设备号的内容：

这里的结构体dev_t，用来保存设备号，包括主设备号和次设备号。

它本质上是一个32位的数，其中的12位用来表示主设备号，而其余20位用来表示次设备号。

系统中定义了3宏，来实现dev_t变量、主设备号、次设备号之间的转换：

MAJOR(dev_t dev): 从  dev_t 类型中获取主设备号;

MINOR(dev_t dev):  从 dev_t 类型中获取次设备号;

MKDEV(int major,int minor): 把主设备号和次设备号转换为 dev_t 类型;

卸载设备：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

参数1 from: 注销的设备号;

参数2 count: 注销的连续次设备号的个数;

代码实操

下面，我们就用旧的API函数，一步一步的描述字符设备驱动程序的：编写、加载和卸载过程。

如何使用新的API函数来编写字符设备驱动程序，下一篇文章再详细讨论。

以下所有操作的工作目录，都是与上一篇文章相同的，即：~/tmp/linux-4.15/drivers/。

创建驱动目录和驱动程序

$ cd linux-4.15/drivers/
$ mkdir my_driver1
$ cd my_driver1
$ touch driver1.c
driver1.c文件的内容如下(不需要手敲，文末有代码下载链接)：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

static unsigned int major;

int driver1_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("driver1_open is called. \n");
return 0;
}

ssize_t driver1_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
printk("driver1_read is called. \n");
return 0;
}

ssize_t driver1_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
printk("driver1_write is called. \n");
return 0;
}

static const struct file_operations driver1_ops={
.owner = THIS_MODULE,
.open = driver1_open,
.read = driver1_read,
.write = driver1_write,
};

static int __init driver1_init(void)
{
printk("driver1_init is called. \n");

major = register_chrdev(0, "driver1",