一、字符設備驅動框架解析

設備的操作函數如果比喻是樁的話（性質類似于設備操作函數的函數，在一些場合被稱為樁函數），則：

驅動實現設備操作函數 ----------- 做樁

insmod調用的init函數主要作用 --------- 釘樁

rmmod調用的exitt函數主要作用 --------- 拔樁

應用層通過系統調用函數間接調用這些設備操作函數 ------- 用樁
1.1 兩個操作函數中常用的結構體說明

內核中記錄文件元信息的結構體
struct inode
{
//…
dev_t i_rdev;//設備號
struct cdev i_cdev;//如果是字符設備才有此成員，指向對應設備驅動程序中的加入系統的struct cdev對象
//…
}
/
1. 內核中每個該結構體對象對應著一個實際文件,一對一
2. open一個文件時如果內核中該文件對應的inode對象已存在則不再創建，不存在才創建
3. 內核中用此類型對象關聯到對此文件的操作函數集（對設備而言就是關聯到具體驅動代碼）
*/

讀寫文件內容過程中用到的一些控制性數據組合而成的對象------文件操作引擎（文件操控器）
struct file
{
//…
mode_t?f_mode;//不同用戶的操作權限，驅動一般不用
loff_t?f_pos;//position 數據位置指示器，需要控制數據開始讀寫位置的設備有用
unsigned?int?f_flags;//open時的第二個參數flags存放在此，驅動中常用
struct?file_operations?*f_op;//open時從struct inode中i_cdev的對應成員獲得地址，驅動開發中用來協助理解工作原理，內核中使用
void?*private_data;//本次打開文件的私有數據，驅動中常來在幾個操作函數間傳遞共用數據
struct?dentry?f_dentry;//驅動中一般不用，除非需要訪問對應文件的inode，用法flip->f_dentry->d_inode
int refcnt;//引用計數，保存著該對象地址的位置個數，close時發現refcnt為0才會銷毀該struct file對象
//…
};
/
1. open函數被調用成功一次，則創建一個該對象，因此可以認為一個該類型的對象對應一次指定文件的操作
2. open同一個文件多次，每次open都會創建一個該類型的對象
3. 文件描述符數組中存放的地址指向該類型的對象
4. 每個文件描述符都對應一個struct file對象的地址
*/

1.2 字符設備驅動程序框架分析

驅動實現端：

驅動使用端：
整體流程以open函數為例
應用層app系統調用open函數使用文件名，struct inode查詢是否有該文件名的對象，若沒有則創建，有則查詢該設備的設備好devno對應的cdev對象，再通過cdev對象得到操作函數集fops，然后open函數創建struct file對象將操作函數集設置到該對象下面的成員f_ops里面，再把struc file對象填到描述符數組里面，得到文件描述符，同時調用驅動程序的drive_open函數，再通過system_open函數返回文件描述符給到應用層的open函數。

若要調用read函數則根據文件描述符找到對應的struct file 對象然后通過里面的f_ops操作函數集調用驅動程序對應的read函數。

syscall_open函數實現的偽代碼：

int syscall_open(const char *filename,int flag)
{
dev_t devno;
struct inode *pnode = NULL;
struct cdev *pcdev = NULL;
struct file *pfile = NULL;
int fd = -1;

/*根據filename在內核中查找該文件對應的struct inode對象地址找到則pnode指向該對象未找到則創建新的struct inode對象，pnode指向該對象，并從文件系統中讀取文件的元信息到該對象*/
if(/*未找到對應的struct inode對象*/)
{/*根據文件種類決定如何進行下面的操作，如果是字符設備則執行如下操作*//*從pnode指向對象中得到設備號*/devno = pnode->i_rdev;/*用devno在字符設備鏈表查找對應節點，并將該節點的地址賦值給pcdev*//*pcdev賦值給pnode的i_cdev成員*/pnode->i_cdev = pcdev;
}/*創建struct file對象，并將該對象的地址賦值給pfile*/pfile->f_op = pnode->i_cdev->ops;
pfile->f_flags = flag;/*調用驅動程序的open函數*/
pfile->f_op->open(pnode,pfile,flag);/*將struct file對象地址填入進程的描述符數組，得到對應位置的下標賦值給fd*/return fd;

}

syscall_read函數實現的偽代碼

int syscall_read(int fd,void *pbuf,int size)
{
struct file *pfile = NULL;
struct file_operations *fops = NULL;
int cnt；

/*將fd作為下標，在進程的描述符數組中獲得struct file對象的地址賦值給pfile*//*從struct file對象的f_op成員中得到操作函數集對象地址賦值給fops*//*從操作函數集對象的read成員得到該設備對應的驅動程序中read函數，并調用之*/
cnt = fops->read(pfile,pbuf,size,&pfile->f_pos);。。。。
return cnt;

}

1.3 參考原理圖

字符設備驅動框架

Linux字符設備驅動工作原理圖
1.4 常用操作函數說明

int (*open) (struct inode *, struct file ); //打開設備
/
指向函數一般用來對設備進行硬件上的初始化，對于一些簡單的設備該函數只需要return 0，對應open系統調用，是open系統調用函數實現過程中調用的函數,
*/

int (*release) (struct inode *, struct file ); //關閉設備
/
,指向函數一般用來對設備進行硬件上的關閉操作，對于一些簡單的設備該函數只需要return 0，對應close系統調用，是close系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t ); //讀設備
/
指向函數用來將設備產生的數據讀到用戶空間，對應read系統調用，是read系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t ); //寫設備
/
指向函數用來將用戶空間的數據寫進設備，對應write系統調用，是write系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

loff_t (*llseek) (struct file , loff_t, int); //數據操作位置的定位
/
指向函數用來獲取或設置設備數據的開始操作位置（位置指示器），對應lseek系統調用，是lseek系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

long (*unlocked_ioctl) (struct file , unsigned int, unsigned long);//讀寫設備參數，讀設備狀態、控制設備
/
指向函數用來獲取、設置設備一些屬性或設備的工作方式等非數據讀寫操作，對應ioctl系統調用，是ioctl系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct );//POLL機制，實現對設備的多路復用方式的訪問
/
指向函數用來協助多路復用機制完成對本設備可讀、可寫數據的監控，對應select、poll、epoll_wait系統調用，是select、poll、epoll_wait系統調用函數實現過程中調用的函數
*/

int (*fasync) (int, struct file , int); //信號驅動
/
指向函數用來創建信號驅動機制的引擎，對應fcntl系統調用的FASYNC標記設置，是fcntl系統調用函數FASYNC標記設置過程中調用的函數
*/