实验二：字符设备驱动实验

实验二：字符设备驱动实验一、实验目的通过本实验的学习，了解Linux操作系统中的字符设备驱动程序结构，并能编写简单的字符设备的驱动程序以及对所编写的设备驱动程序进行测试，最终了解Linux操作系统如何管理字符设备。

二、准备知识字符设备驱动程序主要包括初始化字符设备、字符设备的I/O调用和中断服务程序。

在字符设备驱动程序的file_operations结构中，需要定义字符设备的基本入口点。

open()函数；release()函数read()函数write()函数ioctl()函数select()函数。

另外，注册字符设备驱动程序的函数为register_chrdev()。

register_chrdev() 原型如下：int register_chrdev(unsigned int major, //主设备号const char *name, //设备名称struct file_operations *ops)； //指向设备操作函数指针其中major是设备驱动程序向系统申请的主设备号。

如果major为0，则系统为该驱动程序动态分配一个空闲的主设备号。

name是设备名称，ops是指向设备操作函数的指针。

注销字符设备驱动程序的函数是unregister_chrdev(),原型如下：int unregister_chrdev(unsigned int major,const char *name);字符设备注册后，必须在文件系统中为其创建一个设备文件。

该设备文件可以在/dev目录中创建，每个设备文件代表一个具体的设备。

使用mknod命令来创建设备文件。

创建设备文件时需要使用设备的主设备号和从设备号作为参数。

阅读教材相关章节知识，了解字符设备的驱动程序结构。

三、实验内容根据教材提供的实例。

编写一个简单的字符设备驱动程序。

要求该字符设备包括open()、write()、read()、ioctl()和release()五个基本操作，并编写一个测试程序来测试所编写的字符设备驱动程序。

四、实验指导1、驱动程序编写后，编写一个Makefile文件来编译此驱动程序。

Makefile格式如下：obj-m:=mydev.oall:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(shell pwd) modulesclean:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(shell pwd) clean2、使用#insmod ***.ko来安装此驱动程序。

并通过#cat /proc/devices 命令查看新加载设备的设备号。

3、接下来需要创建设备文件，使用命令 #mknod /dev/*** c 254 04、最后运行测试文件来测试驱动程序。

五、实验程序1、驱动程序memdev.c如下：static mem_major = MEMDEV_MAJOR;module_param(mem_major, int, S_IRUGO);struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/struct cdev cdev;/*文件打开函数*/int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp){struct mem_dev *dev;/*获取次设备号*/int num = MINOR(inode->i_rdev);if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)return -ENODEV;dev = &mem_devp[num];/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/filp->private_data = dev;return 0;}/*文件释放函数*/int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp){return 0;}/*读函数*/static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos){unsigned long p = *ppos; /*记录文件指针偏移位置*/unsigned int count = size; /*记录需要读取的字节数*/int ret = 0; /*返回值*/struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*//*判断读位置是否有效*/if (p >= MEMDEV_SIZE) /*要读取的偏移大于设备的内存空间*/return 0;if (count > MEMDEV_SIZE - p) /*要读取的字节大于设备的内存空间*/ count = MEMDEV_SIZE - p;/*读数据到用户空间:内核空间->用户空间交换数据*/if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count)){ret = - EFAULT;}else{*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);}return ret;}/*写函数*/static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos){unsigned long p = *ppos;unsigned int count = size;int ret = 0;struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*//*分析和获取有效的写长度*/if (p >= MEMDEV_SIZE)return 0;if (count > MEMDEV_SIZE - p) /*要写入的字节大于设备的内存空间*/ count = MEMDEV_SIZE - p;/*从用户空间写入数据*/if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))ret = - EFAULT;else*ppos += count; /*增加偏移位置*/ret = count; /*返回实际的写入字节数*/printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);}return ret;}/* seek文件定位函数 */static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence) {loff_t newpos;switch(whence) {case 0: /* SEEK_SET */ /*相对文件开始位置偏移*/newpos = offset; /*更新文件指针位置*/break;case 1: /* SEEK_CUR */newpos = filp->f_pos + offset;break;case 2: /* SEEK_END */newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;break;default: /* can't happen */return -EINVAL;}if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))return -EINVAL;filp->f_pos = newpos;return newpos;/*文件操作结构体*/static const struct file_operations mem_fops ={.owner = THIS_MODULE,.llseek = mem_llseek,.read = mem_read,.write = mem_write,.open = mem_open,.release = mem_release,};/*设备驱动模块加载函数*/static int memdev_init(void){int result;int i;dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);/* 申请设备号，当xxx_major不为0时，表示静态指定；当为0时，表示动态申请*//* 静态申请设备号*/if (mem_major)result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");else /* 动态分配设备号 */{result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");mem_major = MAJOR(devno); /*获得申请的主设备号*/}if (result < 0)return result;/*初始化cdev结构，并传递file_operations结构指针*/cdev_init(&cdev, &mem_fops);cdev.owner = THIS_MODULE; /*指定所属模块*/cdev.ops = &mem_fops;/* 注册字符设备 */cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);/* 为设备描述结构分配内存*/mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);if (!mem_devp) /*申请失败*/{result = - ENOMEM;goto fail_malloc;}memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));/*为设备分配内存*/for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++){mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);}return 0;fail_malloc:unregister_chrdev_region(devno, 1);return result;}/*模块卸载函数*/static void memdev_exit(void){cdev_del(&cdev); /*注销设备*/kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/ }MODULE_AUTHOR("David Xie");MODULE_LICENSE("GPL");module_init(memdev_init);module_exit(memdev_exit);2、应用程序(测试文件)app-mem.c：#include <stdio.h>int main(){FILE *fp0 = NULL;char Buf[4096];/*初始化Buf*/strcpy(Buf,"Mem is char dev!");printf("BUF: %s\n",Buf);/*打开设备文件*/fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+");if (fp0 == NULL){printf("Open Memdev0 Error!\n");return -1;}/*写入设备*/fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);/*重新定位文件位置（思考没有该指令，会有何后果)*/fseek(fp0,0,SEEK_SET);/*清除Buf*/strcpy(Buf,"Buf is NULL!");printf("BUF: %s\n",Buf);/*读出设备*/fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);/*检测结果*/printf("BUF: %s\n",Buf);return 0;}3、测试步骤：a)cat /proc/devices看看有哪些编号已经被使用，我们选一个没有使用的XXX。