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1、字符设备基础知识
1.1、设备驱动分类linux系统将设备分为3类：字符设备，块设备，网络设备。使用驱动程序：
》什么是字符设备：
》》是指只能一个字节一个字节读写的设备
》》不能随机读取设备内存中的某一数据
》》读取数据需要按照先后顺序。
字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标，键盘，串口，控制台，LED设备等。
》什么是块设备
》》是指可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。
》》块设备包括硬盘，磁盘，U盘和SD卡等。
每一个字符设备或者块设备都在/dev目录下对应一个设备文件。linux用户程序通过通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作字符设备和块设备。
1.2、字符设备、字符设备驱动与用户空间访问该设备的程序三者之间的关系
如图：在linux内核中：
* 使用cdev结构体来描述字符设备
* 通过其成员dev_t来定义设备号（分为主次设备号）以确定字符设备的唯一性
* 通过其成员file_operations来定义字符设备驱动提供给VFS的接口方式，如常见的open()、read()、write()等;在linux字符设备驱动中
* 模块加载函数通过 register_chrdev_region( ) 或 alloc_chrdev_region( )来静态或者动态获取设备号
* 通过 cdev_init( ) 建立cdev与 file_operations之间的连接，通过 cdev_add( ) 向系统添加一个cdev以完成注册;
* 模块卸载函数通过cdev_del( )来注销cdev，通过 unregister_chrdev_region( )来释放设备号用户空间访问该设备的程序:
* 通过linux系统调用，如open，read，write来“调用”file_operations来定义字符设备驱动提供给VFS的接口函数。
1.3、字符设备驱动模型
2、cdev 结构体解析
在Linux内核中，使用cdev结构体来描述一个字符设备，cdev结构体的定义如下：
内核给出的操作struct cdev结构的接口主要有以下几个:
a -- void cdev_init(struct cdev , const struct file_operations );
其源代码如代码清单如下：
该函数主要对struct cdev结构体做初始化，最重要的就是建立cdev和file_operations之间的连接。
* 将整个结构体清零
* 初始化list成员使其指向自身
* 初始化kobj成员
* 初始化ops成员b --struct cdev *cdev_alloc(void);
该函数主要分配一个struct cdev结构，动态申请一个cdev内存， 并做了cdev_init中所做的前面3步初始化工作(第四步初始化工作需要在调用cdev_alloc后，显式的做初始化即:.ops=xxx_ops
在上面的两个初始化的函数中，我们没有看到关于owner成员，dev成员，count成员的初始化；其实，owner成员的存在体现了驱动程序与内核模块之间的亲密关系，struct module是内核对一个模块的抽象，该成员在字符设备中可以体现该设备隶属于那个模块，在驱动模块中一般有用户显示的初始化 .owner = THIS_MODULE, 该成员可以防止设备的方法正在被使用时，设备所在模块被卸载。而dev成员和count成员则在cdev_add中才会赋上有效的值。
c -- int cdev_add(struct cdev p, dev_t dev, unsigned count);
该函数向内核注册一个struct cdev结构，即正式通知内核由struct cdev p代表的字符设备已经可以使用了。当然这里还需提供两个参数：
第一个设备号dev
和该设备关联的设备编号的参数
这两个参数直接赋值给struct cdev的dev成员和count成员。
d -- void cdev_del(struct cdev p)；
该函数向内核注销一个struct cdev结构，即正式通知内核由struct cdev p代表的字符设备已经不可以使用了。
从上述的接口讨论中，我们发现对于struct cdev的初始化和注册的过程中，我们需要提供几个东西
* struct file_operations结构指针；
dev设备号
count此设备号个数
3、设备号相应操作
3.1 -- 主设备号和次设备号（二者一起为设备号）：
一个字符设备或块设备都有一个主设备号和一个次设备号。
* 主设备号用了标识与设备文件相连的驱动程序，用来反映设备类型
* 次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备，用来区分同类型的设备。
linux内核中，设备号用dev_t来描述，2.6.18中定义如下：
在32位机中是4个字节，高12位表示主设备号，低20位表示次设备号。
内核也为我们提供了结构方便操作的宏实现dev_t:
1) -- 从设备号中提取major和minor
* MAJOR(dev_t dev)；
* MINOR(dev_t dev);2) -- 通过major和minor构建设备号
* MKDEV(int major， int minor);注：这只是构建设备号。并未注册，需要调用register_chrdev_region静态申请
3.2、分配设备号（两种方法）：
a -- 静态申请：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)；
其源代码清单如下：
b -- 动态分配：
int alloc_chrdev_region(dev_t dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char name)；
其源代码清单如下：
可以看到二者都是调用了__register_chrdev_region 函数，其源代码如下：
通过这个函数可以看出register_chrdev_region和alloc_chrdev_region的区别，register_chrdev_region直接将Major注册进入，而alloc_chrdev_region从Major=0开始， 逐个查找设备号，直到找到一个闲置的设备号，并将其注册进入。
可以看到，除了前面两个函数，还加了一个register_chrdev 函数，可以发现这个函数的应用非常简单，只要一句就可以搞定前面函数所做之事；
下面分析一下register_chrdev 函数，其源代码定义如下
调用了 __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops) 函数：
可以看到这个函数不只帮我们注册了设备号，还帮我们做了cdev 的初始化以及cdev 的注册；
3.3、注销设备号：
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)；
3.4、创建设备文件：
使用cat /proc/devices查看申请到的设备名，设备号
1>使用mknod手动吵架呢mknod filename type major minor
1）使用mknod手工创建：mknod filename type major minor
2）自动创建设备节点:
利用udev(mdev)来实现设备文件的自动创建，首先用保证支持udev（mdev），由busybox配置。在驱动初始化代码里调用class_create为该设备创建一个class，再为每个设备调用device_create创建对应的设备
详细解析见：Linux 字符设备驱动开发 （二）—— 自动创建设备节点
下面看一个实例,练习一下上面的操作：
hello.c
测试程序 test.c
makefile:
编译成功后，使用 insmod 命令加载：
然后用cat /proc/devices 查看，会发现设备号已经申请成功；