學習linux基礎入門教程，Linux把設備納入文件系統的范疇來管理。每個設備在Linux系統上看起來都像一個文件，它們存放在/dev目錄中，稱為"設備節點"或“設備文件”。

每當用戶程序要訪問某個設備時，通過系統調用，內核根據設備結點的信息調用相應的驅動程序。當驅動程序執行完后，又返回至用戶進程。 

應用層與驅動層層次結構框圖

每一個字符設備都有自己的底層操作函數；也就是說每一個設備都對應著自己的file_operations結構體；

那么打開的文件file->f_op指針應該指向那一個file_operations結構體呢？或者說 file->f_op怎樣找到對應的file_operations呢？

這跟打開的設備文件里面的信息有關。

通過分析字符設備的代碼來了解其核心過程

-字符設備的源碼在文件 fs/char_dev.c中，包括設備號申請函數，cdev注冊函數都在這個文件里面實現。

申請設備號的過程分析

-設備號的注冊或自動分配函數是下面兩個

alloc_chrdev_region()

register_chrdev_region()

-兩個函數都會調用__register_chrdev_region()函數；這個函數完成如下操作：

如果是自動分配設備號

在全局數組chrdevs[ ]中找到一個空位，這個空位的數組下標就是主設備號；設置這個空位。

如果是直接注冊設備號

以主設備號為下標，找到數組chrdevs[ ]中的成員，設置這個成員；

-全局數組chrdevs[]當前的成員數為255，下標從0-254，也就是說，當前內核的字符設備主設備號范圍 0-254.

 

注冊cdev分析

-cdev結構的注冊分兩步，步是初始化cdev結構；第二步是注冊。cdev_add()函數分析如下：

內核使用一個數據結構cdev_map來記錄系統中所有的字符設備（cdev）;

而設備號的維護是由全局chrdevs[]來完成的；

在驅動模塊入口函數中：

-申請設備號：就是在數組chrdevs[]中找一個空位；

-注冊字符設備：就是將cdev添加到cdev_map中；

 

字符設備注冊過程如下圖：

linux基礎入門教程：open系統調用分析

-open系統調用的實現在fs/open.c文件中

do_filp_open()函數經過重重調用，會調用vfs_select_inode 和do_dentry_open

do_filp_open()

path_openat

do_last

vfs_open

inode = vfs_select_inode  //獲取文件的inode信息

do_dentry_open

//將inode->i_fop拷貝給f->f_op

f->f_op = fops_get(inode->i_fop);

 

//調用inode->i_fop->open

open = f->f_op->open;

open(inode, f);

 

inode對應一個文件；我們在創建一個設備文件時，就是創建一個inode；

在用戶空間創建設備文件時，對應的inode->i_fop指向fs/char_dev.c中的def_chr_fops，def_chr_fops的成員open指向chrdev_open()函數。

 

open系統調用的層次如下

chrdev_open函數分析

open系統調用的總體過程如下圖：

 

從上面分析字符設備的框架我們可以得出以下結論：

編寫字符設備驅動程序的流程如下：

編寫底層操作函數

在全局數據結構chr_devs中找到一個空位；（申請設備號）

將底層操作函數的集合填到cdev_map結構中；（注冊cdev）

以上就是粵嵌linux基礎入門教程之字符設備驅動框架分析，歡迎大家來粵嵌一起學習交流。