Linux内核--简单的字符设备scull

2016-05-14 本文已影响571人 shenyifu

前言

相信经过hello程序的编译，大家对内核模块已经有所了解。下面要介绍的是如何实现一个简单的字符设备。
首先在用户目录下创建文件夹scull，其中包含三个文件：scull.c、Makefile、build

scull.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h> /* everything... */
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h> /* copy_*_user */
MODULE_LICENSE("GPL");
int scull_major = 0;
int scull_minor = 0;
struct cdev cdev; /* Char device structure */

#define MAX_SIZE 10
size_t size = 0;
char store[MAX_SIZE];
/*
* Open and close
*/
int scull_open(struct inode *inode , struct file *filp)
{
  /* trim to 0 the length of the device if open was write -only
  */
  if ( (filp ->f_flags & O_ACCMODE) == O_WRONLY) {
    size = 0;
  }
  return 0; /* success */
}
int scull_release(struct inode *inode , struct file *filp)
{
  return 0;
}
/*
* Data management: read and write
*/
ssize_t scull_read(struct file *filp , char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
  ssize_t retval = 0;
  if (*f_pos >= size)
    goto out;
  if (*f_pos + count > size)
    count = size - *f_pos;
  if (copy_to_user(buf, store + *f_pos , count)) {
    retval = -EFAULT;
    goto out;
  }
  *f_pos += count;
  retval = count;
out:
  return retval;
}
ssize_t scull_write(struct file *filp , const char __user *buf,size_t count ,loff_t *f_pos)
{
  ssize_t retval = -ENOMEM; /* value used in "goto out"
statements */
  if (*f_pos >= MAX_SIZE)
    goto out;
  if (*f_pos + count > MAX_SIZE)
    count = MAX_SIZE - *f_pos;
  if (copy_from_user(store + *f_pos , buf, count)) {
    retval = -EFAULT;
    goto out;
  }
  *f_pos += count;
  retval = count;
  /* update the size */
  if (size < *f_pos)
    size = *f_pos;
out:
  return retval;
}
struct file_operations scull_fops = {
  .owner = THIS_MODULE ,
  .read = scull_read ,
  .write = scull_write ,
  .open = scull_open ,
  .release = scull_release ,
};
int scull_init_module(void)
{
  int result;
  dev_t dev = 0;//在linux中是unsigned int 类型，32位，用于在驱动程序中定义设备编号，高12位为主设备号，低20位为次设备号
  /*
  * Get a range of minor numbers to work with , asking for a
  dynamic major
  */
  result = alloc_chrdev_region(&dev, scull_minor , 1, "scull");//动态申请设备号，设备名称"scull",设备个数1，次设备号scull_minor,申请到的设备号存储在dev中。该函数返回值小于0表示申请失败。
  scull_major = MAJOR(dev);
  if (result < 0) {
    printk(KERN_WARNING "scull:?can't?get?major?%d\n",
           scull_major);
    return result;
  }
  /* register our device */
  cdev_init(&cdev , &scull_fops);//用上面声明的scull_fops初始化cdev。
  cdev.owner = THIS_MODULE;
  cdev.ops = &scull_fops;
  result = cdev_add (&cdev , dev, 1);//这个是在字符设备中添加一个设备。
  if (result) {
    printk(KERN_WARNING "Error?%d?adding?scull", result)
    ;
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
    return result;
  }
  return 0; /* succeed */
}
void scull_cleanup_module(void)
{
  /* cleanup_module is never called if registering failed */
  dev_t dev;
  cdev_del(&cdev);
  dev = MKDEV(scull_major , scull_minor);
  unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(scull_init_module);
module_exit(scull_cleanup_module);

cdev结构的说明

struct cdev {
    struct kobject kobj;
    struct module *owner;//所属模块  
    const struct file_operations *ops;//文件操作结构
    struct list_head list;
    dev_t dev; //设备号，int 类型，高12位为主设备号，低20位为次设备号
    unsigned int count;
};

cdev_add (&cdev , dev, 1)

这个是在字符设备中添加一个设备。具体实现中的kobj_map有些复杂，感兴趣的可以参考steven_miao的ChinaUnix博客或者搜索相关问题深入研究。

read()与write()函数。

scull_read/scull_write(struct file *filp , char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)

filp文件类型,一般在open函数中都会使filp指向本模块的文件结构，但是本文采用全局变量实现，没有用到filp。buf是要读到的地方,count是要读取的个数,f_ops是偏移量。

copy_from_user和copy_to_user的函数原型都是strncpy,因为涉及到内核与用户权限问题对其进行封装。

build

make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules

Makefile

obj-m := scull.o

编译装载模块

编译：打开命令行，执行以下命令：

cd scull
sh build

安装：

sudo insmod scull.ko //装载模块scull.ko

查看注册设备：

cat /proc/devices | grep scull

如果有类似下面的信息（数字可能不一样），则说明一切顺利。否则说明模块初始化有错误，可查看/var/log/kern.log 了解具体情况。

250 scull

建立设备文件

sudo mknod /dev/scull c 250 0//按照查看的设备号更改250

测试

sudo su
echo 123 > /dev/scull
cat /dev/scull

如果看到输出123证明设备正常工作。

设备移除

sudo rm /dev/scull
sudo rmmod scull