1、早期注册字符设备使用的函数
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops);
- 这个函数是linux版本2.4之前的注册方式，它的原理是：
（1）确定一个主设备号
（2）构造一个file_operations结构体, 然后放到chrdevs数组中
（3）注册：register_chrdev
然后当读写字符设备的时候，就会根据主设备号从chrdevs数组中取出相应的结构体，并调用相应的处理函数。
- 它会有个很大的缺点:
每注册个字符设备，都还会连续注册0~255个次设备号，使它们绑定在同一个file_operations操作方法结构体上，而我们在大多数情况下，都只会用到极少的次设备号，所以会造成资源的极大浪费。
- 所以在内核2.4版本后，内核里就加入了以下几个函数来实现注册字符设备：
- 静态注册（指定设备编号来注册）；
- 动态分配（不指定设备编号来注册）；
- 有连续注册的次设备编号范围区间。
2、2.4内核版本后的注册函数
2.1 静态注册字符设备
int register_chrdev_region(dev_t devid, unsigned count, const char *name);
devid: 注册的指定起始设备编号，比如：MKDEV(100, 0)表示起始主设备号100, 起始次设备号为0
count:需要连续注册的次设备编号个数,比如: 起始次设备号为0,count=100,表示0~99的次设备号都要绑定在同一个file_operations操作方法结构体上
*name:字符设备名称
当返回值小于0表示注册失败。
2.2 动态分配字符设备
/*注册成功并将分配到的主次设备号放入*dev里*/
int alloc_chrdev_region(dev_t *devid, unsigned baseminor, unsigned count,const char *name);
devid: 存放起始设备编号的指针。当注册成功, *devid就会等于分配到的起始设备编号，可以通过MAJOR()和MINNOR()函数来提取主次设备号。
baseminor:次设备号基地址,也就是起始次设备号
count:需要连续注册的次设备编号个数,比如: 起始次设备号(baseminor)为0,baseminor=2,表示0~1的此设备号都要绑定在同一个file_operations操作方法结构体上
*name:字符设备名称
当返回值小于0，表示注册失败。
2.3 cdev_init/cdev_add/cdev_del
- cdev结构体的成员,如下所示:
struct cdev {
struct kobject kobj; // 内嵌的kobject对象
struct module *owner; //所属模块
const struct file_operations *ops; //操作方法结构体
struct list_head list; //与 cdev 对应的字符设备文件的 inode->i_devices 的链表头
dev_t dev; //起始设备编号,可以通过MAJOR(),MINOR()来提取主次设备号
unsigned int count; //连续注册的次设备号个数
};
1. cdev_init
/*初始化cdev结构体,并将file_operations结构体放入cdev-> ops 里*/
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);
2. cdev_add
/*将cdev结构体添加到系统中,并将dev(注册好的设备编号)放入cdev-> dev里, count(次设备编号个数)放入cdev->count里*/
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);
- 通过查看内核2.6的
include/linux/kdev_t.h文件得知，次设备号用20位表示，主设备号用12位表示，所以，在2.6版本之后，内核共可以表示2^12 * 2^20 = 4G个驱动程序。
3. cdev_del
/*将系统中的cdev结构体删除掉*/
void cdev_del(struct cdev *p);
2.4 注销字符设备
/*注销字符设备*/
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);
from: 注销的指定起始设备编号,比如:MKDEV(100, 0),表示起始主设备号100, 起始次设备号为0
count:需要连续注销的次设备编号个数,比如: 起始次设备号为0,baseminor=100,表示注销掉0~99的次设备号
3、编写字符设备驱动示例
里面调用两次上面的函数,构造两个不同的file_operations操作结构体,
次设备号0~1对应第一个file_operations,
次设备号2~3对应第二个file_operations,
然后在/dev/下,通过次设备号（0~4）创建5个设备节点, 利用应用程序打开这5个文件，看有什么现象
3.1 驱动代码
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/cdev.h>
/* 1. 确定主设备号 */
static int major;
static int hello1_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("hello1_open\n");
return 0;
}
static int hello2_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("hello2_open\n");
return 0;
}
/* 2. 构造file_operations */
static struct file_operations hello1_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = hello1_open,
};
static struct file_operations hello2_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = hello2_open,
};
#define HELLO_CNT 2
static struct cdev hello1_cdev;
static struct cdev hello2_cdev;
static struct class *cls;
static int hello_init(void)
{
dev_t devid;
/* 3. 告诉内核 */
#if 0
major = register_chrdev(0, "hello", &hello_fops); /* (major, 0), (major, 1), ..., (major, 255)都对应hello_fops */
#else
if (major) {
devid = MKDEV(major, 0);
register_chrdev_region(devid, 2, "hello"); /* (major,0~1) 对应 hello1_fops, (major, 2~255)都不对应hello_fops */
} else {
alloc_chrdev_region(&devid, 0, 2, "hello"); /* (major,0~1) 对应 hello1_fops, (major, 2~255)都不对应hello_fops */
major = MAJOR(devid);
}
cdev_init(&hello1_cdev, &hello1_fops);
cdev_add(&hello1_cdev, devid, 2);
devid = MKDEV(major, 2);
register_chrdev_region(devid, 1, "hello2"); /* (major,2) 对应 hello2_fops*/
cdev_init(&hello2_cdev, &hello2_fops);
cdev_add(&hello2_cdev, devid, 1);
#endif
cls = class_create(THIS_MODULE, "hello");
class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello0"); /* /dev/hello0 */
class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 1), NULL, "hello1"); /* /dev/hello1 */
class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 2), NULL, "hello2"); /* /dev/hello2 */
class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 3), NULL, "hello3"); /* /dev/hello3 */
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0));
class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 1));
class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 2));
class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 3));
class_destroy(cls);
cdev_del(&hello2_cdev);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 2), 1);
cdev_del(&hello1_cdev);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 2);
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
3.2 测试代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
void print_useg(char arg[]) //打印使用帮助信息
{
printf("useg: \n");
printf("%s [dev]\n",arg);
}
int main(int argc,char **argv)
{
int fd;
if(argc!=2)
{
print_useg(argv[0]);
return -1;
}
fd=open(argv[1],O_RDWR);
if(fd<0)
printf("can't open %s \n",argv[1]);
else
printf("can open %s \n",argv[1]);
return 0;
}
3.3 编译测试
通过 ls /dev/hello* -l ，可以看到创建了4个字符设备节点。
打开/dev/hello0时,调用的是驱动代码的操作结构体hello1_fops里的.open(),
打开/dev/hello1时,调用的是驱动代码的操作结构体hello1_fops里的.open(),
打开/dev/hello2时,调用的是驱动代码的操作结构体hello2_fops里的.open(),
打开/dev/hello3时打开无效，因为在驱动代码里没有分配次设备号3的操作结构体。
# insmod hello.ko
# ls /dev/hello* -l
crw-rw---- 1 0 0 251, 0 Jan 1 03:40 /dev/hello0
crw-rw---- 1 0 0 251, 1 Jan 1 03:40 /dev/hello1
crw-rw---- 1 0 0 251, 2 Jan 1 03:40 /dev/hello2
crw-rw---- 1 0 0 251, 2 Jan 1 03:40 /dev/hello3
#
# ./hello_test /dev/hello0
hello1_open
can open /dev/hello0
#
# ./hello_test /dev/hello1
hello1_open
can open /dev/hello1
#
# ./hello_test /dev/hello2
hello2_open
can open /dev/hello2
#
# ./hello_test /dev/hello3
can't open /dev/hello3
总结:
使用register_chrdev_region()等函数来注册字符设备，里面可以存放多个不同的file_oprations操作结构体，实现各种不同的功能（驱动）。
参考资料：
[1_字符设备驱动程序概念纠正之另一种写法 (100ask.net)](https://www.100ask.net/detail/v_5e5f51613df9f_uYnJqNVZ/3?from=p_5e5dbafac5a32_W4o2nJS1&type=8)