Linux字符设备驱动详解：cdev与设备号

"Linux字符设备驱动架构分析" 在Linux操作系统中，字符设备驱动是与硬件交互的重要组成部分，它们负责处理对特定硬件设备的读写操作。本文主要探讨的是Linux字符设备驱动的架构，包括相关的数据结构、设备号以及文件系统中的访问机制。 1. 字符驱动模型 字符驱动模型的核心是`struct cdev`结构体。这个结构体包含了设备驱动的基本信息，如与内核对象`kobject`的关联、所属模块`struct module`、设备操作函数集`const struct file_operations *ops`、设备链表`struct list_head list`、设备号`dev_t dev`以及引用计数`unsigned int count`。`struct cdev`是字符设备在内核中的抽象，用于描述设备的操作行为和状态。 在驱动模型中，`struct cdev`与`kobject mapping domain`相结合，通过`struct kobj_map`来管理。`struct kobj_map`包含了一个结构体`struct probe`的数组，用于存储对设备的探测信息。`struct probe`结构体包含设备号、范围、所有者模块、获取函数指针、锁函数指针和私有数据，这些信息对于驱动的注册和操作至关重要。 2. 字符设备的设备号 在Linux中，字符设备通过设备号进行唯一标识。设备号由主设备号和次设备号组成。`struct char_device_struct`结构体用于管理字符设备，其中的`major`和`baseminor`字段分别表示主设备号和基础次设备号。`minorct`字段表示该主设备号下可以分配的次设备号数量。字符设备的设备号分配通过全局哈希表`chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]`进行，这里`CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE`定义为255，确保了高效的设备号查找和管理。 3. 文件系统中对字符设备文件的访问 在文件系统层，字符设备被表现为特殊的文件，用户可以通过标准的文件操作（如open、read、write等）来访问设备。`struct file_operations`结构体定义了这些操作，它包含了一系列函数指针，比如`open`、`read`、`write`等，这些函数指针对应于驱动程序提供的实际实现。当用户打开字符设备文件时，对应的`open`函数会被调用；读写数据时，`read`和`write`函数会被执行。 驱动程序通过`cdev_alloc()`创建`struct cdev`实例，并使用`cdev_add()`将其添加到驱动模型中。`cdev_add()`主要通过`kobj_map()`来完成设备的注册，这涉及到设备号的分配和`struct cdev`的链入。 总结起来，Linux字符设备驱动架构是通过一系列内核结构体和函数来实现的，它提供了从用户空间到内核空间的接口，使得应用程序能够透明地操作硬件。理解这些数据结构和函数的用途及相互关系，对于编写和调试字符设备驱动至关重要。