Linux下如何编写字符设备驱动

在Linux下编写字符设备驱动主要涉及以下几个步骤：

1. 包含必要的头文件

首先，你需要包含一些必要的头文件来支持你的驱动程序。

#include <linux/module.h>    // 模块相关的宏和函数
#include <linux/kernel.h>    // 内核打印函数
#include <linux/init.h>      // 模块初始化和退出的宏
#include <linux/fs.h>        // 文件系统相关的结构体
#include <linux/cdev.h>      // 字符设备相关的结构体和函数
#include <linux/uaccess.h>   // 用户空间和内核空间数据传输函数

2. 定义设备号和设备结构体

你需要定义一个设备号来唯一标识你的设备，并定义一个字符设备结构体来管理设备。

#define DEVICE_NAME "mychardev"
#define CLASS_NAME "mycharclass"

static int major_number;
static struct class* mycharclass = NULL;
static struct cdev my_cdev;

3. 实现文件操作函数

你需要实现一些文件操作函数，如open, read, write, release等。

static int my_open(struct inode *inodep, struct file *filep) {
    printk(KERN_INFO "%s: Device opened\n", DEVICE_NAME);
    return 0;
}

static int my_release(struct inode *inodep, struct file *filep) {
    printk(KERN_INFO "%s: Device successfully closed\n", DEVICE_NAME);
    return 0;
}

static ssize_t my_read(struct file *filep, char __user *buffer, size_t len, loff_t *offset) {
    int error_count = 0;
    printk(KERN_INFO "%s: Device read\n", DEVICE_NAME);
    // 实现读取逻辑
    return error_count;
}

static ssize_t my_write(struct file *filep, const char __user *buffer, size_t len, loff_t *offset) {
    int error_count = 0;
    printk(KERN_INFO "%s: Device write\n", DEVICE_NAME);
    // 实现写入逻辑
    return error_count;
}

4. 初始化和注册设备

在模块初始化函数中，你需要分配设备号、注册字符设备、创建类和设备文件。

static int __init my_init(void) {
    major_number = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &my_fops);
    if (major_number < 0) {
        printk(KERN_ALERT "%s: Failed to register a major number\n", DEVICE_NAME);
        return major_number;
    }

    mycharclass = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);
    if (IS_ERR(mycharclass)) {
        unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "%s: Failed to register device class\n", DEVICE_NAME);
        return PTR_ERR(mycharclass);
    }

    if (device_create(mycharclass, NULL, MKDEV(major_number, 0), NULL, DEVICE_NAME) == NULL) {
        class_destroy(mycharclass);
        unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "%s: Failed to create the device\n", DEVICE_NAME);
        return -1;
    }

    cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
    if (cdev_add(&my_cdev, MKDEV(major_number, 0), 1) == -1) {
        device_destroy(mycharclass, MKDEV(major_number, 0));
        class_destroy(mycharclass);
        unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "%s: Failed to add cdev\n", DEVICE_NAME);
        return -1;
    }

    printk(KERN_INFO "%s: Device class created correctly\n", DEVICE_NAME);
    return 0;
}

5. 清理和注销设备

在模块退出函数中，你需要注销字符设备、删除类和设备文件。

static void __exit my_exit(void) {
    cdev_del(&my_cdev);
    device_destroy(mycharclass, MKDEV(major_number, 0));
    class_unregister(mycharclass);
    class_destroy(mycharclass);
    unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME);
    printk(KERN_INFO "%s: Goodbye from the LKM!\n", DEVICE_NAME);
}

6. 定义文件操作结构体

将文件操作函数与文件操作结构体关联起来。

static struct file_operations my_fops = {
    .open = my_open,
    .read = my_read,
    .write = my_write,
    .release = my_release,
};

7. 编译和加载模块

编写一个Makefile来编译你的驱动程序，并使用insmod命令加载模块。

obj-m += mychardev.o

all:
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

编译完成后，使用以下命令加载模块：

sudo insmod mychardev.ko

8. 测试驱动程序

你可以使用lsmod命令查看加载的模块，使用dmesg命令查看内核日志，使用cat /proc/devices查看设备号。

lsmod | grep mychardev
dmesg | tail
cat /proc/devices