Linux字符设备驱动详解：初始化、接口与用户空间访问

本文档对Linux字符设备驱动进行了简洁的总结，主要涉及以下几个关键知识点： 1. **字符设备与驱动的基本概念**: 在Linux内核中，字符设备是指那些以独立文件形式存在的设备，如键盘、鼠标等。字符设备驱动（Character Device Driver，简称CDD）是内核模块，负责管理和控制这些设备，通过`file_operations`结构体提供了VFS（Virtual File System）接口，如`open()`, `read()`, `write()`等，供用户空间应用程序访问。 2. **设备号的分配与管理**: - `dev_t`结构体用于定义设备号，由主设备号（major device number）和次设备号（minor device number）组成，共同确保设备的唯一性。 - 驱动程序可以通过`register_chrdev_region()`或`alloc_chrdev_region()`函数静态或动态地获取设备号。静态方式分配固定设备号，动态方式则会自动分配一个未使用的设备号。 - 注册设备时，通过`cdev_init()`将cdev与file_operations连接起来，然后用`cdev_add()`将cdev添加到系统中。 3. **驱动初始化过程**: - 驱动初始化阶段首先分配`cdev`结构体，例如按键驱动中，通过检查是否存在预定义的`major`号，选择静态或动态方式申请设备号。 - 分配设备号后，驱动程序还需设置`file_operations`中的接口函数，并通过`cdev_del()`在卸载时注销设备，最后通过`unregister_chrdev_region()`释放设备号。 4. **用户空间访问字符设备**: 用户程序通过系统调用，如`open()`, `read()`, `write()`，来调用字符设备驱动提供的VFS接口，实现对字符设备的操作。这实际上是内核与用户空间交互的桥梁。 总结来说，本文档详细介绍了Linux字符设备驱动的基础构建原理、设备号的管理以及驱动的初始化流程，这对于理解和开发字符设备驱动至关重要。同时，它强调了驱动程序如何通过VFS接口与用户空间进行通信，使得系统能够有效地管理和操作底层硬件设备。