建网站需要学什么,响应式网站建站系统,网页设计公司背景图,新人怎么做跨境电商在上一节完成NFS开发环境的搭建后#xff0c;本节将探讨Linux字符设备驱动的开发。字符设备驱动作为Linux内核的重要组成部分#xff0c;主要负责管理与字符设备#xff08;如串口、键盘等#xff09;的交互#xff0c;并为用户空间程序提供统一的读写操作接口。
驱动代码…在上一节完成NFS开发环境的搭建后本节将探讨Linux字符设备驱动的开发。字符设备驱动作为Linux内核的重要组成部分主要负责管理与字符设备如串口、键盘等的交互并为用户空间程序提供统一的读写操作接口。
驱动代码
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/device.h
#include linux/kernel.h
#include linux/uaccess.h
#include linux/cdev.h #define DEVICE_NAME hello_chrdev
#define BUFFER_SIZE 100// 设备结构体
typedef struct {char buffer[BUFFER_SIZE];struct class *class;struct device *device;dev_t dev_num;struct cdev cdev;
} HelloDevice;static HelloDevice hello_dev;// 打开设备
static int hello_open(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO Hello device opened\n);return 0;
}// 读取设备
static ssize_t hello_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {size_t len strlen(hello_dev.buffer);if (*f_pos len) {return 0;}if (count len - *f_pos) {count len - *f_pos;}if (copy_to_user(buf, hello_dev.buffer *f_pos, count)) {return -EFAULT;}*f_pos count;return count;
}// 写入设备
static ssize_t hello_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {if (count BUFFER_SIZE - 1) {count BUFFER_SIZE - 1;}if (copy_from_user(hello_dev.buffer, buf, count)) {return -EFAULT;}hello_dev.buffer[count] \0;*f_pos count;return count;
}// 关闭设备
static int hello_release(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO Hello device closed\n);return 0;
}// 文件操作结构体
static struct file_operations hello_fops {.owner THIS_MODULE,.open hello_open,.read hello_read,.write hello_write,.release hello_release,
};// 模块初始化函数
static int __init hello_init(void) {int ret;// 分配设备号ret alloc_chrdev_region(hello_dev.dev_num, 0, 1, DEVICE_NAME);if (ret 0) {printk(KERN_ERR Failed to allocate character device number\n);return ret;}// 创建类hello_dev.class class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);if (IS_ERR(hello_dev.class)) {unregister_chrdev_region(hello_dev.dev_num, 1);printk(KERN_ERR Failed to create class\n);return PTR_ERR(hello_dev.class);}// 创建设备hello_dev.device device_create(hello_dev.class, NULL, hello_dev.dev_num, NULL, DEVICE_NAME);if (IS_ERR(hello_dev.device)) {class_destroy(hello_dev.class);unregister_chrdev_region(hello_dev.dev_num, 1);printk(KERN_ERR Failed to create device\n);return PTR_ERR(hello_dev.device);}// 初始化 cdev 结构体cdev_init(hello_dev.cdev, hello_fops);hello_dev.cdev.owner THIS_MODULE;// 添加字符设备到系统ret cdev_add(hello_dev.cdev, hello_dev.dev_num, 1);if (ret 0) {device_destroy(hello_dev.class, hello_dev.dev_num);class_destroy(hello_dev.class);unregister_chrdev_region(hello_dev.dev_num, 1);printk(KERN_ERR Failed to add character device\n);return ret;}printk(KERN_INFO Hello device initialized. Major: %d, Minor: %d\n, MAJOR(hello_dev.dev_num), MINOR(hello_dev.dev_num));return 0;
}// 模块卸载函数
static void __exit hello_exit(void) {cdev_del(hello_dev.cdev);device_destroy(hello_dev.class, hello_dev.dev_num);class_destroy(hello_dev.class);unregister_chrdev_region(hello_dev.dev_num, 1);printk(KERN_INFO Hello device removed\n);
}module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE(GPL);
MODULE_AUTHOR(Your Name);
MODULE_DESCRIPTION(A simple hello world character device driver);函数接口详解
1. 模块初始化与退出相关函数
alloc_chrdev_region
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);功能动态分配一组连续的字符设备号。参数 dev用于存储分配到的设备号。baseminor起始的次设备号。count要分配的设备号数量。name设备的名称用于在 /proc/devices 中显示。 返回值成功返回 0失败返回负数错误码。
class_create
struct class *class_create(struct module *owner, const char *name);功能在 /sys/class 目录下创建一个设备类。参数 owner指向模块的指针通常为 THIS_MODULE。name类的名称。 返回值成功返回指向 struct class 的指针失败返回错误指针。
device_create
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);功能在 /sys/class/class_name 目录下创建设备节点并在 /dev 目录下创建对应的设备文件。参数 class指向设备类的指针。parent父设备指针通常为 NULL。devt设备号。drvdata设备驱动数据通常为 NULL。fmt设备名称的格式化字符串。 返回值成功返回指向 struct device 的指针失败返回错误指针。
cdev_init
void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);功能初始化字符设备结构体 struct cdev并关联文件操作结构体 struct file_operations。参数 cdev指向 struct cdev 的指针。fops指向 struct file_operations 的指针。
cdev_add
int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);功能将字符设备添加到内核中。参数 p指向 struct cdev 的指针。dev设备号。count设备数量。 返回值成功返回 0失败返回负数错误码。
module_init 和 module_exit
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);功能分别指定模块加载和卸载时调用的函数。
2. 文件操作相关函数 在 Linux 内核中struct file_operations 结构体是字符设备驱动与用户空间进行交互的关键桥梁其中 open、read、write 和 release 是比较常用的操作函数。 struct file_operations 结构体中相关成员介绍 open 函数 int (*open) (struct inode *inode, struct file *filp);功能当用户空间使用 open() 系统调用打开设备文件时内核会调用驱动中注册的 open 函数。该函数通常用于执行设备的初始化操作如分配资源、检查设备状态等。参数 struct inode *inode指向文件对应的索引节点包含了文件的元信息如文件类型、权限等。struct file *filp指向文件对象代表了一个打开的文件实例包含了文件的当前状态、偏移量等信息。 返回值成功时返回 0失败时返回负数错误码。 read 函数 ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);功能当用户空间使用 read() 系统调用从设备文件读取数据时内核会调用驱动中的 read 函数。该函数负责将设备中的数据复制到用户空间的缓冲区。参数 struct file *filp指向文件对象。char __user *buf用户空间的缓冲区指针用于存储从设备读取的数据。size_t count用户请求读取的字节数。loff_t *f_pos文件的当前偏移量指针可通过修改该指针来更新文件的读写位置。 返回值成功时返回实际读取的字节数返回 0 表示已到达文件末尾失败时返回负数错误码。 write 函数 ssize_t (*write) (struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);功能当用户空间使用 write() 系统调用向设备文件写入数据时内核会调用驱动中的 write 函数。该函数负责将用户空间缓冲区中的数据复制到设备中。参数 struct file *filp指向文件对象。const char __user *buf用户空间的缓冲区指针包含了要写入设备的数据。size_t count用户请求写入的字节数。loff_t *f_pos文件的当前偏移量指针。 返回值成功时返回实际写入的字节数失败时返回负数错误码。 release 函数 int (*release) (struct inode *inode, struct file *filp);功能当用户空间使用 close() 系统调用关闭设备文件时内核会调用驱动中的 release 函数。该函数通常用于执行设备的清理操作如释放资源、关闭设备等。参数 struct inode *inode指向文件对应的索引节点。struct file *filp指向文件对象。 返回值成功时返回 0失败时返回负数错误码。
3. 模块卸载相关函数
cdev_del
void cdev_del(struct cdev *p);功能从内核中移除字符设备。参数 p指向 struct cdev 的指针。
device_destroy
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt);功能销毁 /sys/class/class_name 目录下的设备节点和 /dev 目录下的设备文件。参数 class指向设备类的指针。devt设备号。
class_destroy
void class_destroy(struct class *cls);功能销毁 /sys/class 目录下的设备类。参数 cls指向 struct class 的指针。
unregister_chrdev_region
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);功能释放之前分配的字符设备号。参数 from起始的设备号。count要释放的设备号数量。
编译和测试
编写 Makefile
obj-m helloworld.o
KDIR : linux-5.15.18/
PWD : $(shell pwd)
default:$(MAKE) -C $(KDIR) M$(PWD) modules
clean:$(MAKE) -C $(KDIR) M$(PWD) clean将 linux-5.15.18/ 替换为实际的 Linux 5.15.18 内核源码路径。
编译驱动
在终端中执行 make 命令编译驱动模块。
测试驱动
在 QEMU 终端中
使用 insmod helloworld.ko 加载驱动模块。使用 echo “Hello World” /dev/helloworld 向设备写入数据。使用 cat /dev/helloworld 从设备读取数据。使用 rmmod hello_chrdev.ko 卸载驱动模块。
