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Linux驱动：register_chrdev_region、 alloc_chrdev_region

news 来源：原创 2025/6/24 14:29:31

dev_t 类型

定义：dev_t 是设备号的类型，本质是 unsigned int，高 12 位为主设备号，低 20 位为次设备号。

MAJOR(dev_t dev);      // 从 dev_t 中提取主设备号
MINOR(dev_t dev);      // 从 dev_t 中提取次设备号
MKDEV(int major, int minor); // 根据主/次设备号创建 dev_t

静态分配设备号：register_chrdev_region

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);

功能：向内核注册一段连续的设备号（主设备号需手动指定）。
参数：
from：起始设备号（通过 MKDEV 创建）。
count：连续设备号的数量。
name：设备名（显示在 /proc/devices 中）。
返回值：
成功：返回 0。
失败：返回负错误码（如 -EBUSY 表示主设备号已被占用）。

cdev_put

cdev_put 的核心作用是减少字符设备结构的引用计数。当引用计数降为 0 时，内核会自动释放该字符设备结构占用的内存。

引用计数：
每个 struct cdev 都有一个内部引用计数，用于跟踪有多少地方正在使用该设备结构。当计数为 0 时，内核认为该设备不再被使用，可以安全释放。

void cdev_put(struct cdev *p);

p：指向要减少引用计数的字符设备结构（struct cdev）的指针。
必须在 cdev_del() 之后调用 cdev_put()，以确保正确管理引用计数

初始化 struct cdev：cdev_init

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

功能：初始化 cdev 结构体，关联文件操作函数。
参数：
cdev：指向 struct cdev 的指针。
fops：指向 file_operations 结构体的指针（定义设备的读写等操作）。

static struct file_operations my_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = my_open,.read = my_read,.write = my_write,.release = my_release,
};struct cdev my_cdev;
cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
my_cdev.owner = THIS_MODULE; // 设置模块所有者

添加字符设备到系统：cdev_add

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);

功能：将初始化后的 cdev 注册到内核，使其与设备号关联。
参数：
p：指向 struct cdev 的指针。
dev：关联的起始设备号。
count：设备号数量（需与 register_chrdev_region 的 count 一致）。
返回值：
成功：返回 0。
失败：返回负错误码（如 -EBUSY 表示设备号已被使用）。

从系统移除字符设备：cdev_del

功能：从内核中移除 cdev，解除设备号与 cdev 的关联。
参数：
p：指向要移除的 struct cdev 的指针。
注意事项：
必须在模块卸载时调用，否则会导致内核资源泄漏。
调用后，设备号仍需通过 unregister_chrdev_region 释放。

释放设备号：unregister_chrdev_region

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);

功能：释放之前通过 register_chrdev_region 注册的设备号。
参数：
from：起始设备号（需与注册时一致）。
count：设备号数量（需与注册时一致）。

module_test.c

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>  // copy_to_user, copy_from_user
#include <linux/kernel.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <linux/cdev.h>  #define  GPJ0CON  S5PV210_GPJ0CON
#define  GPJ0DAT  S5PV210_GPJ0DAT#define  rGPJ0CON  *((volatile unsigned int *) GPJ0CON)
#define  rGPJ0DAT  *((volatile unsigned int *) GPJ0DAT)#define BUFFER_SIZE 100
#define MYMAJOR 250
#define MYNAME "mychartest"int mymajor;
static char buffer[BUFFER_SIZE];static dev_t dev_num;             // 设备号（主设备号+次设备号）
static struct cdev my_cdev;       // 字符设备结构int ctrled(int sta)
{if(sta){rGPJ0CON = 0x11111111;//rGPJ0DAT =((1<<3) | (1<<4) | (1<<5)) //灭1rGPJ0DAT =((1<<3) | (0<<4) | (0<<5)) ;//亮0printk(KERN_INFO "rGPJ0CON = %p\n",rGPJ0CON);printk(KERN_INFO "rGPJ0DAT = %d\n",rGPJ0DAT);printk(KERN_INFO "GPJ0CON = %p\n",GPJ0CON);printk(KERN_INFO "GPJ0DAT = %p\n",GPJ0DAT);}else{rGPJ0DAT =((0<<3) | (1<<4) | (1<<5)); //灭}}
// 打开设备函数
static int my_open(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device opened\n");return 0;
}// 释放设备函数
static int my_release(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device released\n");return 0;
}// 读取设备函数
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_read\n");// 确保用户缓冲区足够大if (count < sizeof(unsigned int)) {return -EINVAL;}// 读取寄存器值unsigned int reg_value = rGPJ0DAT;printk(KERN_INFO "reg_value = %d\n",reg_value);printk(KERN_INFO "sizeof(reg_value) = %d\n",sizeof(reg_value));if (copy_to_user(buf, &reg_value, sizeof(reg_value))) {return -EFAULT;}// 更新文件位置*f_pos += sizeof(reg_value);// 返回实际传输的字节数return sizeof(reg_value);
}// 写入设备函数
static ssize_t my_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_write\n");memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (copy_from_user(buffer, buf, count)) {return -EFAULT;}if(!strcmp(buffer,"1")){printk(KERN_INFO "1\n");ctrled(1);}else if(!strcmp(buffer,"0")){printk(KERN_INFO "0\n");ctrled(0);}return 0;
}// 定义file_operations结构体实例
static const  struct file_operations my_fops = {.owner = THIS_MODULE,//全部一样，都这样写.open = my_open,.release = my_release,.write = my_write,.read = my_read,};// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	int ret;printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");// 静态分配设备号（使用预先定义的主设备号 MYMAJOR）dev_num = MKDEV(MYMAJOR, 0);  // 创建设备号（主设备号=MYMAJOR，次设备号=0）// 注册设备号范围（请求使用该主设备号，次设备号从0开始，数量为1）unsigned count = 1;ret = register_chrdev_region(dev_num, count, MYNAME);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to register char device region (major=%d)\n", MYMAJOR);return ret;}printk(KERN_INFO "Registered major number: %d\n", MYMAJOR);// 初始化 cdev 结构cdev_init(&my_cdev, &my_fops);my_cdev.owner = THIS_MODULE;// 注册字符设备到内核ret = cdev_add(&my_cdev, dev_num, 1);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to add char device\n");unregister_chrdev_region(dev_num, 1); // 释放已注册的设备号return ret;}printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld successs... mymajor = %d\n", MYMAJOR);
}// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{// 移除字符设备cdev_del(&my_cdev);cdev_put(&my_cdev);   // 减少 cdev 引用计数（静态分配需调用）// 释放设备号unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");}module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息

在这里插入图片描述

alloc_chrdev_region

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);

功能：向内核请求分配一段连续的字符设备号（动态分配主设备号，固定起始次设备号）。
参数：
dev：输出参数，用于存储分配的第一个设备号（通过 MAJOR() 和 MINOR() 解析）。
baseminor：起始次设备号（通常为 0）。
count：需要分配的设备号数量（例如，若需创建 3 个设备，则 count=3）。
name：设备名（显示在 /proc/devices 中，通常为驱动名）。
返回值：
成功：返回 0，分配的设备号存入 *dev。
失败：返回负错误码（如 -ENFILE 表示设备号用尽）。

使用alloc_chrdev_region自动分配设备号

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>  // copy_to_user, copy_from_user
#include <linux/kernel.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <linux/cdev.h>  #define  GPJ0CON  S5PV210_GPJ0CON
#define  GPJ0DAT  S5PV210_GPJ0DAT#define  rGPJ0CON  *((volatile unsigned int *) GPJ0CON)
#define  rGPJ0DAT  *((volatile unsigned int *) GPJ0DAT)#define BUFFER_SIZE 100
#define MYMAJOR 250
#define MYNAME "mychartest"int mymajor;
static char buffer[BUFFER_SIZE];static dev_t dev_num;             // 设备号（主设备号+次设备号）
static struct cdev my_cdev;       // 字符设备结构int ctrled(int sta)
{if(sta){rGPJ0CON = 0x11111111;//rGPJ0DAT =((1<<3) | (1<<4) | (1<<5)) //灭1rGPJ0DAT =((1<<3) | (0<<4) | (0<<5)) ;//亮0printk(KERN_INFO "rGPJ0CON = %p\n",rGPJ0CON);printk(KERN_INFO "rGPJ0DAT = %d\n",rGPJ0DAT);printk(KERN_INFO "GPJ0CON = %p\n",GPJ0CON);printk(KERN_INFO "GPJ0DAT = %p\n",GPJ0DAT);}else{rGPJ0DAT =((0<<3) | (1<<4) | (1<<5)); //灭}}
// 打开设备函数
static int my_open(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device opened\n");return 0;
}// 释放设备函数
static int my_release(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device released\n");return 0;
}// 读取设备函数
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_read\n");// 确保用户缓冲区足够大if (count < sizeof(unsigned int)) {return -EINVAL;}// 读取寄存器值unsigned int reg_value = rGPJ0DAT;printk(KERN_INFO "reg_value = %d\n",reg_value);printk(KERN_INFO "sizeof(reg_value) = %d\n",sizeof(reg_value));if (copy_to_user(buf, &reg_value, sizeof(reg_value))) {return -EFAULT;}// 更新文件位置*f_pos += sizeof(reg_value);// 返回实际传输的字节数return sizeof(reg_value);
}// 写入设备函数
static ssize_t my_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_write\n");memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (copy_from_user(buffer, buf, count)) {return -EFAULT;}if(!strcmp(buffer,"1")){printk(KERN_INFO "1\n");ctrled(1);}else if(!strcmp(buffer,"0")){printk(KERN_INFO "0\n");ctrled(0);}return 0;
}// 定义file_operations结构体实例
static const  struct file_operations my_fops = {.owner = THIS_MODULE,//全部一样，都这样写.open = my_open,.release = my_release,.write = my_write,.read = my_read,};// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	int ret;printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");// 动态分配设备号（主设备号自动分配，次设备号从0开始，分配1个）ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "my_device");if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to allocate char device number\n");return ret;}// 打印分配的主设备号和次设备号printk(KERN_INFO "Allocated major: %d, minor: %d\n", MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));// 初始化 cdev 结构cdev_init(&my_cdev, &my_fops);my_cdev.owner = THIS_MODULE;// 注册字符设备到内核ret = cdev_add(&my_cdev, dev_num, 1);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to add char device\n");unregister_chrdev_region(dev_num, 1); // 释放已注册的设备号return ret;}printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld successs... mymajor = %d\n", MYMAJOR);
}// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{// 移除字符设备cdev_del(&my_cdev);// 释放设备号unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");}module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息

cdev_alloc

struct cdev *cdev_alloc(void);

功能：动态分配并初始化一个 struct cdev 对象，返回指向该对象的指针。
返回值：
成功：返回指向 struct cdev 的指针。
失败：返回 NULL（内存分配失败）。

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>  // copy_to_user, copy_from_user
#include <linux/kernel.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <linux/cdev.h>  #define MYNAME "mychartest"static dev_t dev_num;             // 设备号（主设备号+次设备号）
struct cdev *my_cdev;// 打开设备函数
static int my_open(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device opened\n");return 0;
}// 释放设备函数
static int my_release(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device released\n");return 0;
}// 读取设备函数
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_read\n");return 0;
}// 写入设备函数
static ssize_t my_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_write\n");return 0;
}// 定义file_operations结构体实例
static const  struct file_operations my_fops = {.owner = THIS_MODULE,//全部一样，都这样写.open = my_open,.release = my_release,.write = my_write,.read = my_read,
};// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	int ret;printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");my_cdev = cdev_alloc(); // 动态分配if (!my_cdev) {return -ENOMEM;}// 设置文件操作my_cdev->ops = &my_fops;my_cdev->owner = THIS_MODULE;// 动态分配设备号（主设备号自动分配，次设备号从0开始，分配1个）ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "my_device");if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to allocate char device number\n");return ret;}// 打印分配的主设备号和次设备号printk(KERN_INFO "Allocated major: %d, minor: %d\n", MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));// 注册字符设备到内核ret = cdev_add(my_cdev, dev_num, 1);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to add char device\n");unregister_chrdev_region(dev_num, 1); // 释放已注册的设备号return -1;}return 0;  // 添加返回值
}// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{// 移除字符设备cdev_del(my_cdev);// 释放设备号unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");}module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息

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