Linux学习笔记——设备驱动

主设备号和次设备号的用途

主设备号（Major Number）

主设备号用于标识设备所对应的驱动程序。内核通过主设备号来找到设备所用的驱动程序。虽然现代Linux内核支持多个驱动共享主设备号，但一般仍遵循“一个主设备号对应一个驱动”的设计。

次设备号（Minor Number）

次设备号由驱动程序使用，用于区分主设备号所表示的多个设备实例。例如，一个硬盘驱动程序可能通过不同的次设备号来区分不同的分区。驱动程序可以根据次设备号获取特定设备的指针或者作为索引。

---

字符型驱动设备如何创建设备文件

手动创建

使用 mknod 命令创建：

mknod /dev/led c 250 0

• /dev/led：设备文件名
• c：字符设备类型
• 250：主设备号
• 0：次设备号

自动创建

UDEV/MDEV 是运行在用户空间的设备管理程序，用于动态创建和删除设备节点。通常在系统启动脚本 /etc/init.d/rcS 中执行 mdev -s 实现自动创建设备节点。

---

如何在设备驱动程序中注册字符设备

方法一：使用 cdev 接口

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);

• cdev：指向 struct cdev 的指针，字符设备结构体。
• fops：指向 file_operations 结构体的指针，定义设备的操作函数。

方法二：使用传统注册函数

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);

• major：主设备号（0表示自动分配）
• name：驱动程序名称
• fops：设备操作函数集

该函数会为 major 注册 0-255 的次设备号，并为每个设备建立默认的 cdev 结构体。

---

/dev 目录下的设备文件如何创建

常见三种方式：

1. devfs机制（已淘汰）

   • 旧内核中使用，2.6 之前版本为主。

2. udev机制（主流）

   • 基于内核通知事件，使用 device_create() 与 class_create() 接口配合自动创建设备节点。

3. 手动创建（mknod）

   • 在脚本或调试阶段，开发者常用 mknod 命令手动创建设备文件。

---

Linux字符设备与块设备的主要区别

类型	特点	示例
字符设备	按字节顺序读写，不支持随机访问	串口、鼠标、键盘、摄像头等
块设备	支持随机访问，按块进行读写（如512B）	硬盘、U盘、SD卡等

---

为什么驱动中操作物理地址前要使用 ioremap？

在保护模式下，CPU 不能直接访问物理地址。ioremap 会将设备的物理地址映射到虚拟地址空间，使驱动程序能通过虚拟地址访问硬件寄存器。它是内核提供的访问I/O内存的重要接口。

---

insmod/rmmod 加载卸载模块时执行哪些函数？

• insmod 加载模块时，会执行 module_init() 中注册的初始化函数。
• rmmod 卸载模块时，会执行 module_exit() 中注册的退出函数。

注意事项：

• init 中申请的资源，如内存、中断、GPIO 等，必须在 exit 中进行对称释放，避免资源泄漏。

---

NAND 驱动的 probe 流程

当 NAND 驱动的 probe 函数执行时，大致步骤如下：

1. 与 NAND 芯片通讯，读取 NAND ID。
2. 查表获取 NAND 芯片的参数信息：如厂家、页大小、擦除块大小、芯片大小等。
3. 调用 nand_scan() 函数自动完成如下任务：
   • 初始化硬件接口
   • 扫描坏块表（BBT）
   • 建立 MTD 结构体

---

Linux 驱动开发中常用的调试方法

1. printk() 日志输出：驱动调试首选，输出到 dmesg。
2. 查看OOPS信息：系统崩溃时记录错误现场。
3. strace：追踪用户态程序的系统调用。
4. 内核 hacking 选项：编译内核时开启 debug 相关配置。
5. ioctl 调试：用户程序通过 ioctl 与驱动交互，调试灵活性高。
6. /proc 文件系统：通过 /proc 暴露调试信息给用户态。
7. kgdb（内核级gdb）：进行内核级断点调试。

好的，下面是面向小白整理的《Linux驱动开发常用函数》详细内容介绍，涵盖 ioremap、open、read、write、copy_to_user、copy_from_user 函数的基本用法、参数解释和使用举例。

---

---

ioremap（映射外设寄存器）

函数原型

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);
void *__ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size, unsigned long flags);

头文件

#include <linux/io.h>

参数说明

• phys_addr：要映射的物理地址，即外设寄存器地址。
• size：要映射的内存空间大小（单位：字节）。
• flags：映射权限/属性（只在 __ioremap() 中使用）。

作用

将外设的物理地址（比如网卡寄存器地址）映射到内核虚拟地址空间，这样驱动程序就可以通过虚拟地址来访问硬件寄存器。

举个简单例子：

假设有一块网卡，它的控制寄存器地址是 0xFE000000，大小为 0x100：

void __iomem *ioaddr;
ioaddr = ioremap(0xFE000000, 0x100);

访问第 2 个寄存器（每个寄存器4字节）：

iowrite32(value, ioaddr + 4);  // 写入
val = ioread32(ioaddr + 4);    // 读取

---

open（打开设备文件）

函数原型

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数说明

• pathname：文件或设备路径，如 /dev/mydevice。
• flags：打开模式（如 O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR）。
• mode：创建文件时的权限（通常用不到）。

作用

用于打开一个设备文件（或普通文件），返回一个文件描述符 fd，之后的 read、write 都是基于这个 fd。

---

read（从设备或文件读取数据）

函数原型

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数说明

• fd：文件描述符（通过 open 获取）。
• buf：读取数据保存的位置。
• count：想读取的字节数。

返回值

• 返回实际读取的字节数；
• 返回 0 表示文件/设备已经没有数据；
• 失败返回 -1。

举个例子：

char buf[100];
int len = read(fd, buf, 100);  // 从设备读取 100 字节

---

write（向设备或文件写入数据）

函数原型

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

参数说明

• fd：文件描述符。
• buf：要写入的数据缓冲区。
• count：要写入的数据字节数。

返回值

• 返回实际写入的字节数；
• 失败返回 -1。

注意事项

1. write 不会自动处理缓冲区偏移，程序员需手动处理；
2. write(fd, p1 + len, strlen(p1) - len) 是常见处理方式；
3. Linux内核中 BUFSIZ 是系统默认缓冲大小，但不是写入上限。

举个例子：

char msg[] = "Hello driver";
int len = write(fd, msg, strlen(msg));  // 写入字符串到设备

---

copy_to_user（内核 → 用户）

函数原型

unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long n);

参数说明

• to：目标地址（用户空间）。
• from：源地址（内核空间）。
• n：拷贝的字节数。

返回值

• 成功返回 0；
• 失败返回未成功复制的字节数。

用途

在驱动中，把读取到的数据“传递”回用户空间程序。

举个例子：

copy_to_user(user_buf, kernel_buf, len);

---

copy_from_user（用户 → 内核）

函数原型

unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);

参数说明

• to：目标地址（内核空间）。
• from：源地址（用户空间）。
• n：拷贝的字节数。

返回值

• 成功返回 0；
• 失败返回未成功复制的字节数。

用途

在驱动中，把用户空间传来的参数读入到内核空间以供处理。

举个例子：

copy_from_user(kernel_buf, user_buf, len);

---

小结表

函数名	功能简述	常见场景
ioremap	物理地址 → 虚拟地址	映射设备寄存器
open	打开设备文件	用户程序打开 /dev/xxx
read	从设备读数据	应用程序读取
write	向设备写数据	应用程序写入
copy_to_user	内核 → 用户数据拷贝	驱动向用户返回数据
copy_from_user	用户 → 内核数据拷贝	用户给驱动传参数