嵌入式Linuxmisc设备驱动

misc 设备驱动简介
        那么杂项设备驱动是属于我们 linux 三大设备驱动的哪一项呢&＃xff1f; 由于linux 驱动倾向于分层设计&＃xff0c; 所以每个具体的设备都可以找到它归属的类型&＃xff0c; 从而可以套到它相应的架构里面去&＃xff0c; 我们只需要实现它最底层的那部分。 但是也有部分字符设备&＃xff0c; 确实不知道它属于哪种类型&＃xff0c; 一般推荐大家采用 miscdevice 的框架结构。 misc 的意思是混合的杂项的&＃xff0c; 所以 misc 设备驱动也叫做杂项设
备驱动&＃xff0c; 当板子上的某个设备没有办法分类时&＃xff0c; 就可以用 misc 设备驱动。 它的注册跟使用比较的简单&＃xff0c;所以比较适用于功能简单的设备。 正因为简单&＃xff0c; 所以它通常嵌套在 platform 总线驱动中&＃xff0c; 配合总线驱动达到更复杂&＃xff0c; 多功能的效果。 杂项设备是字符设备的一种&＃xff0c; 杂项设备可以自动生成设备节点。
        在学习 misc 设备驱动之前&＃xff0c; 先来了解几个基础概念。
概念 1 设备节点
        我们可以启动我们的开发板&＃xff0c; 进入到 dev 目录下&＃xff0c; dev 目录下全部都是生成的设备节点&＃xff0c; 如下图所示&＃xff1a;

我们的系统里面有很多杂项设备。 我们可以输入以下命令来查看&＃xff0c; 如下图所示&＃xff1a;
cat /proc/misc
 

概念 2 杂项设备的优点
        杂项设备除了比字符设备代码简单&＃xff0c; 还有别的区别吗&＃xff1f; 所有的 misc 设备驱动的主设备号都为 10&＃xff0c; 不同的设备使用不同的从设备号。 主设设备号相同就可以节省内核的资源&＃xff0c; 在内核中大概可以找到 200 多处使用 miscdevice 框架结构的驱动。
概念 3 主设备号和次设备号的概念
        设备号包含主设备号和次设备号&＃xff0c; 设备号是计算机识别设备的一种方式&＃xff0c; 主设备号相同的就被视为同一类设备&＃xff0c; 主设备号在 Linux 系统里面是唯一的&＃xff0c; 次设备号不一定唯一。 主设备号可以比做成电话号码的区号。 比如北京的区号是 010&＃xff0c; 次设备号可以比作成电话号码。
        主设备号可以通过以下命令来查看&＃xff0c; 前面的数字就是主设备号&＃xff0c; 如下图所示&＃xff1a;
 cat /proc/devices

        misc 设备用 miscdevice 结构体表示&＃xff0c; miscdevice 结构体的定义在内核源码具体定义在
include/linux/miscdevice.h 中&＃xff0c; 内容如下&＃xff1a;

struct miscdevice {int minor; //次设备号const char *name; //设备节点的名字const struct file_operations *fops; //文件操作集struct list_head list;struct device *parent;struct device *this_device;const struct attribute_group **groups;const char *nodename;umode_t mode;
};

        当我们创建一个 misc 设备的 miscdevice 结构体时&＃xff0c; 需要我们指定 minor、 name 和 fops 这三个成员变量。 minor 表示次设备号&＃xff0c; 需要用户设置&＃xff0c; 在 Linux 内核中有一些预定义的 misc 设备的次设备号&＃xff0c; 定义在 include/linux/miscdevice.h 文件中&＃xff0c; 如下所示&＃xff1a;
 

#define PSMOUSE_MINOR 1
#define MS_BUSMOUSE_MINOR 2 /* unused */
#define ATIXL_BUSMOUSE_MINOR 3 /* unused */
/*#define AMIGAMOUSE_MINOR 4 FIXME OBSOLETE */
#define ATARIMOUSE_MINOR 5 /* unused */
#define SUN_MOUSE_MINOR 6 /* unused */
......
#define MISC_DYNAMIC_MINOR 255

        设置子设备号时要注意不要重复使用其他设备的子设备号。 可以从这些预定义的子设备号中选择一个&＃xff0c; 也可以自定义。name 就是这个 misc 设备的名字&＃xff0c; 当设备注册成功后&＃xff0c; 会在/dev 目录下自动生成一个名为 name 的设备文件。 fops 就是这个 misc 设备的操作集合。
        当创建好 miscdevice 结构体后&＃xff0c; 使用 misc_register 函数向系统中注册一个 misc 设备&＃xff0c; 函数原型如下&＃xff1a;

         在设备驱动的卸载函数中&＃xff0c; 使用 misc_deregister 函数来注销掉 misc 设备。 函数原型如下

        在 miscdevice 结构体的第四行&＃xff0c; 它指向了一个 file_operation 的结构体。 file_operations 文件操作集在定义在 include/linux/fs.h 下面&＃xff0c; 如下图所示。

          file_operations 中的成员函数实际是由 drivers/char/misc.c 中 misc 驱动核心层的 misc_fops 成员函数间接调用的。 file_operations 结构体里面的结构体成员都对应一个调用。 简单介绍一下其中比较常用的函数&＃xff1a;
llseek()函数用来修改一个文件的当前的读写位置&＃xff0c; 并将新位置返回。
read()函数用来从设备中读取数据&＃xff0c; 成功时返回读取到的字节数&＃xff0c; 出错返回一个负值。
write()函数用来向设备发送数据&＃xff0c; 成功时返回该函数写入的字节数。
poll()函数用于查询设备是否可以进行非阻塞读写。
unlock_ioctl()函数提供设备相关控制命令的实现。
mmap()函数将设备内存映射到进程的虚拟地址空间中。
open()函数用于打开设备文件。
release()函数用于关闭设备文件。
注册杂项设备有一个通用的思路和方法&＃xff0c; 这里给大家总结为三个步骤&＃xff1a;
填充 miscdevice 这个结构体
填充 file_operations 这个结构体
注册杂项设备并生生成设备节点。
 实验程序

添加头文件

/*注册杂项设备头文件*/
#include
/*注册设备节点的文件结构体*/
#include

填充 miscdevice 结构体

struct miscdevice misc_dev &＃61; {.minor &＃61; MISC_DYNAMIC_MINOR,.name &＃61; "hello_misc",.fops &＃61; &misc_fops,
};

上述代码第 2 行的 minor 为 MISC_DYNAMIC_MINOR&＃xff0c; miscdevice 核心层会自动找一个空闲的次设备号&＃xff0c;否则用 minor 指定的次设备号。 上述代码第 3 行 name 是设备的名称&＃xff0c; 自定义为"hello_misc"
填充 file_operations 结构体

struct file_operations misc_fops&＃61;{.owner &＃61; THIS_MODULE
};

        THIS_MODULE 宏是什么意思呢&＃xff1f; 它在 include/linux/module.h 里的定义是
    #define THIS_MODULE (&__this_module)
        它是一个 struct module 变量&＃xff0c; 代表当前模块&＃xff0c; 可以通过 THIS_MODULE 宏来引用模块的 struct module结构&＃xff0c; 比如使用 THIS_MODULE->state 可以获得当前模块的状态。 这个 owner 指针指向的就是你的模块。
注册杂项设备并生成设备节点
        在 misc_init()函数中填充 misc_register()函数注册杂项设备&＃xff0c; 并判断杂项设备是否注册成功。

static int misc_init(void){int ret;ret &＃61; misc_register(&misc_dev); //注册杂项设备if(ret<0) //判断杂项设备是否注册成功{printk("misc registe is error \n"); //打印杂项设备注册失败} printk("misc registe is succeed \n"); //打印杂项设备注册成功return 0;
}在 misc_exit&＃xff08;&＃xff09; 函数中填充 misc_deregister()函数注销杂项设备。static void misc_exit(void){misc_deregister(&misc_dev); //注销杂项设备printk("misc gooodbye! \n"); //打印杂项设备注销成功
}

完整的代码如下图所示&＃xff1a;
 

/*
* &＃64;Descripttion: 最简单的杂项设备驱动
* &＃64;version:
* &＃64;Author: topeet
*/
#include //初始化头文件
#include //最基本的文件&＃xff0c; 支持动态添加和卸载模块。
#include /*注册杂项设备头文件*/
#include /*注册设备节点的文件结构体*/struct file_operations misc_fops&＃61;
{ //文件操作集.owner &＃61; THIS_MODULE
};
struct miscdevice misc_dev &＃61;
{ //杂项设备结构体.minor &＃61; MISC_DYNAMIC_MINOR, //动态申请的次设备号.name &＃61; "hello_misc", //杂项设备名字是 hello_misc.fops &＃61; &misc_fops, //文件操作集
};static int misc_init(void)
{ //在初始化函数中注册杂项设备int ret;ret &＃61; misc_register(&misc_dev);if(ret<0){printk("misc registe is error \n");} printk("misc registe is succeed \n");return 0;
} static void misc_exit(void){ //在卸载函数中注销杂项设备misc_deregister(&misc_dev);printk(" misc gooodbye! \n");
} module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

        现在最简单的杂项设备的驱动就写完了&＃xff0c; 那么接下来我们可以把这个驱动编译一下&＃xff0c; 然后放到开发板上面运行。 编译驱动&＃xff0c; 可以将它编译进内核里面&＃xff0c; 也可以将它编译成模块。
编译驱动程序
Makefile 为&＃xff1a;

obj-m &＃43;&＃61; misc.o #先写生成的中间文件的名字是什么&＃xff0c; -m 的意思是把我们的驱动编译成模块
KDIR:&＃61;/home/topeet/driver/imx6ull/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga/
PWD?&＃61;$(shell pwd) #获取当前目录的变量
all:make -C $(KDIR) M&＃61;$(PWD) modules #make 会进入内核源码的路径&＃xff0c; 然后把当前路径下的代码编译成
模块

驱动编译成功生成了 ko 文件&＃xff0c; 如下图所示&＃xff1a;

运行测试
 进入到共享目录&＃xff0c; 加载驱动模块如图所示&＃xff1a;
cd imx6ull/
ls
cd misc/
insmod misc.ko

驱动加载成功后&＃xff0c; 输入以下命令&＃xff0c; 查看注册的设备节点是否存在&＃xff0c; 如下图所示&＃xff0c; 设备节点存在。
ls /dev/h*

输入以下命令拆卸驱动模块,如下图所示&＃xff1a;
rmmod misc