Linux内核设备驱动深入解析：字符设备驱动

本文主要介绍了Linux内核中的字符设备驱动，包括字符设备的定义、驱动工作原理、设备号的组成及分配方式。 在Linux操作系统中，字符设备驱动是用来与那些按照字节流进行数据传输的硬件设备交互的软件组件。字符设备通常是简单的设备，如并口打印机，它们可以通过在`/dev`目录下创建相应的设备文件来被用户空间的应用程序访问。例如，要操作一个并口打印机，用户可以调用`open()`函数打开`/dev/printer`，接着使用`write()`写入数据，使用`read()`读取数据。这一过程涉及到了从用户空间到内核空间的调用转换，具体流程如下： 1. `write()`函数在用户空间被调用，将数据传递到内核。 2. 内核的`sys_write()`系统调用处理该请求，这部分属于虚拟文件系统（VFS）层。 3. VFS调用特定设备的文件操作结构体`f_op`中的`write`方法，执行实际的设备写操作。 驱动程序的核心在于实现这个`write`函数，它会直接与硬件交互，控制打印机的寄存器来完成数据传输。 设备号是Linux中区分设备的关键，分为主设备号和次设备号。主设备号标识了与设备相关的驱动程序，多个设备可以共享同一个主设备号。次设备号则用来区分同一主设备下的不同实例。在内核中，`dev_t`类型用于存储设备号。早期的Linux内核（2.4）使用16位设备号，其中8位为主设备号，8位为次设备号；而在2.6版本及以后，设备号扩展为32位，其中12位为主设备号，20位为次设备号。 设备号的分配和管理由内核提供接口，例如： - 使用`register_chrdev_region()`函数静态分配设备号，传入要分配的设备号范围的起始值、请求的连续编号范围以及设备名称。 - 若要让内核动态分配设备号，可以使用`alloc_chrdev_region()`，传入一个指向`dev_t`类型的指针以接收分配的设备号，以及请求的次设备号范围和设备名称。 正确地分配和释放设备号对于避免冲突和确保系统稳定运行至关重要。在驱动初始化时进行设备号的申请，并在驱动退出时释放，这是编写设备驱动程序时的基本步骤。