Linux字符设备驱动教程：从设备号到cdev操作

"这篇文档介绍了如何在Linux操作系统中创建简单的字符设备驱动，主要涉及字符设备驱动的基本结构、设备编号机制以及关键的系统调用和数据结构。" 在Linux系统中，字符设备驱动是最基础的设备驱动类型之一。字符设备驱动主要用于处理那些按顺序读写的数据流，比如串口或键盘等。它们不像块设备驱动那样处理随机存取的数据。本文档的核心是介绍如何编写和管理Linux字符设备驱动。 1. 设备编号: 在Linux中，设备通过一个名为`dev_t`的数据类型来标识，它由两部分组成：主设备号（major number）和次设备号（minor number）。主设备号定义了使用相同驱动程序的一类设备，而次设备号则用来区分同一类中的具体设备。通常，主设备号是共享的，次设备号是唯一的。`MKDEV()`宏用于组合主次设备号，`MAJOR()`和`MINOR()`宏则分别用于提取主次设备号。设备号的分配和管理可以通过`register_chrdev_region()`来申请，`alloc_chrdev_region()`动态获取未使用的设备号，而不再需要的设备号则通过`unregister_chrdev_region()`回收。 2. `cdev`结构体: `struct cdev`是字符设备的核心数据结构，包含了设备对象、所属模块、操作函数指针列表、设备号以及引用计数。`cdev_init()`用于初始化`cdev`结构体，将`file_operations`与`cdev`关联；`cdev_alloc()`分配一个新的`cdev`结构体；`cdev_put()`释放`cdev`的空间；`cdev_del()`注销设备并释放资源；`cdev_add()`将`cdev`注册到系统中，指定设备号和实例数量。 3. `file_operations`: `file_operations`是一个结构体，其中包含了一系列函数指针，如`open()`, `read()`, `write()`, `close()`等，它们定义了对设备进行操作的行为。当虚拟文件系统（VFS）接收到对设备的操作请求时，会通过这些函数指针调用相应的驱动实现来完成实际的硬件交互。 编写字符设备驱动的基本流程是： 1. 申请设备号。 2. 分配和初始化`cdev`结构体。 3. 将设备操作函数指针设置到`file_operations`结构体中。 4. 将`cdev`结构体与`file_operations`关联。 5. 注册设备到系统中。 6. 当设备不再使用时，注销设备并释放资源。 通过理解这些基本概念和函数，开发者可以构建自己的字符设备驱动，使得用户空间应用程序能够与底层硬件进行通信。这个过程涉及到内核编程，需要对Linux内核机制有深入的了解。