Linux内核中的字符设备驱动注册与struct cdev详解

"设备驱动" 在Linux操作系统中，设备驱动是操作系统与硬件之间的重要桥梁，它使得操作系统能够与各种硬件设备进行通信和交互。字符设备驱动是设备驱动的一种，主要用于处理那些以字节流形式进行数据传输的设备，如键盘、串口等。本文将深入探讨Linux字符设备驱动的实现，特别是涉及到的`struct cdev`结构体。 首先，`struct cdev`是Linux内核中用于表示字符设备的关键结构体。它包含以下几个主要字段： 1. `struct kobject kobj`: 这是一个通用对象结构，用于将字符设备注册到内核的对象管理系统中。 2. `struct module *owner`: 指向模块的指针，该模块包含了驱动程序的代码。 3. `const struct file_operations *ops`: 这是一个指向`struct file_operations`结构的指针，包含了设备文件的各种操作函数，如`read`、`write`、`open`、`close`等。 4. `struct list_head list`: 用于将字符设备添加到内核的链表中，以便管理。 5. `dev_t dev`: 设备号，用于唯一标识一个字符设备。 6. `unsigned int count`: 用于跟踪引用计数，表示有多少个文件描述符正在使用该设备。 字符设备驱动的核心任务之一是实现数据在内核空间和用户空间之间的传输。`read`和`write`方法是关键。`read`方法使用`copy_to_user`函数将设备的数据复制到用户空间，而`write`方法使用`copy_from_user`将用户空间的数据复制到设备。设备文件的`inode`结构中的`i_cdev`字段指向`struct cdev`，表明这个文件是一个字符设备，并且与特定的驱动程序相关联。 在Linux 2.6内核中，注册字符设备的过程涉及以下步骤： 1. 分配设备号：通常使用`alloc_chrdev_region`函数来动态分配未使用的设备号。 2. 初始化`struct cdev`：设置`ops`字段为设备的操作函数集合，并可能初始化其他字段。 3. 注册`struct cdev`：使用`cdev_init`初始化`cdev`结构，然后调用`cdev_add`将设备添加到系统中，完成设备与驱动程序的关联。 注销设备时，通常会调用`cdev_del`来移除设备，并使用`unregister_chrdev_region`释放之前分配的设备号。 在编写字符设备驱动时，需要注意的是，不同的shell有不同的语法和行为。例如，`#!/bin/sh`行用于声明脚本使用的解释器，如果脚本依赖特定类型的shell（如Kornshell `ksh`），而系统默认使用的是Cshell `csh`，那么脚本可能会运行失败。因此，正确声明shell类型至关重要。 最后，`/sbin/insmod`命令用于插入模块（如设备驱动）到内核，而`ls -l`命令用于列出文件详细信息，其中首列的字母标识了文件类型，如`d`表示目录，`l`表示链接文件，而设备文件则会有相应的设备号显示。 理解并熟练掌握字符设备驱动的原理和实现细节，对于开发和维护Linux设备驱动程序至关重要。