linux设备驱动之字符设备驱动
一、cdev结构体
| 成员/功能 | 说明 | 相关操作函数/宏 | |
|---|---|---|---|
| kobj | 内嵌的kobject对象，用于Linux设备模型管理，实现引用计数和sysfs接口 | kobject_init() | |
| owner | 指向拥有该结构体的模块指针（通常为THIS_MODULE），防止模块卸载时设备仍被使用 | 模块宏THIS_MODULE | |
| ops | 指向file_operations结构体的指针，定义设备操作接口（如read/write） | cdev_init()初始化时绑定 | |
| list | 链表头，用于将多个cdev连接成链表，由内核统一管理 | list_add()等内核链表操作 | |
| dev | 设备号（32位），高12位为主设备号，低20位为次设备号 | MKDEV()、MAJOR()、MINOR() | |
| count | 设备实例数量（如一个驱动管理多个同类设备） | 注册时通过cdev_add()的count参数指定 | |
| 初始化函数 | cdev_init()：关联cdev与file_operations；cdev_alloc()：动态分配cdev内存 | cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *) | |
| 注册/注销函数 | cdev_add()：向内核注册设备；cdev_del()：注销设备 | 需配合register_chrdev_region()或alloc_chrdev_region()使用 | |
| 设备号管理 | register_chrdev_region()：已知设备号时注册；alloc_chrdev_region()：动态申请未占用设备号 | 释放设备号需调用unregister_chrdev_region() |
二、字符设备驱动的组成
| 组件 | 功能描述 | 关键数据结构/API | 开发注意事项 |
|---|---|---|---|
| 设备号管理 | 标识设备实例（主设备号区分驱动，次设备号区分实例） | dev_t类型、MKDEV()/MAJOR()/MINOR()宏、register_chrdev_region()或动态分配alloc_chrdev_region()48 | 需避免直接操作设备号位宽，使用内核宏保证兼容性4 |
| cdev结构体 | 内核中描述字符设备的核心对象，关联操作方法与设备号 | struct cdev（含kobj、ops、dev等成员）、cdev_init()初始化、cdev_add()注册58 | 需通过cdev_del()注销防止内存泄漏8 |
| file_operations | 定义设备操作接口（如open/read/write/ioctl） | struct file_operations（需实现至少owner、read、write等函数指针）35 | 用户空间数据交互需使用copy_{to,from}_user()保证安全23 |
| 设备文件节点 | 用户空间访问设备的入口（如/dev/xxx） | 手动mknod或自动生成（class_create()+device_create()）18 | 推荐自动生成节点以适配现代内核1 |
| 模块初始化/退出 | 驱动加载/卸载时的资源管理 | module_init()/module_exit()宏、资源释放函数（如unregister_chrdev_region()）12 | 必须实现清理逻辑防止残留2 |
| 同步机制 | 处理多进程/线程并发访问 | mutex_lock()、spin_lock()等内核同步原语7 | 需根据场景选择锁类型（如互斥锁适合长时间持有）7 |
| 调试与日志 | 驱动调试信息输出 | printk()分级日志、dynamic_debug动态调试3 | 生产环境需控制日志级别3 |
注意：
- 完整驱动流程：设备号申请 →
cdev初始化 → 实现file_operations→ 注册设备 → 创建设备节点。 - 用户空间交互：通过
/dev/下的文件节点调用驱动接口，内核通过file_operations转发到具体函数。
总结：
