【北京迅为】《i.MX8MM嵌入式Linux开发指南》-第三篇 嵌入式Linux驱动开发篇-第四十四章 注册字符设备号
i.MX8MM处理器采用了先进的14LPCFinFET工艺，提供更快的速度和更高的电源效率;四核Cortex-A53，单核Cortex-M4，多达五个内核 ，主频高达1.8GHz，2G DDR4内存、8G EMMC存储。千兆工业级以太网、MIPI-DSI、USB HOST、WIFI/BT、4G模块、CAN、RS485等接口一应俱全。H264、VP8视频硬编码，H.264、H.265、VP8、VP9视频硬解码，并提供相关历程,支持8路PDM接口、5路SAI接口、2路Speaker。系统支持Android9.0(支持获取root限)Linux4.14.78+Qt5.10.1、Yocto、Ubuntu20、Debian9系统。适用于智能充电桩，物联网，工业控制，医疗，智能交通等，可用于任何通用工业和物联网应用、
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第四十四章 注册字符设备号
本章导读
从本章节开始我们开始学习字符设备驱动，我们学习字符设备是围绕与杂项设备的不同点来学习的，在杂项设备的基础上，我们很容易学会字符设备。 杂项设备的主设备号是固定的，固定为10，那么我们要学习的字符类设备就需要自己或者系统来给我们分配了。并且杂项设备可以自动生成设备节点，字符设备需要生成设备节点。
44.1章节讲解了字符设备号相关的基本知识
44.2章节在44.1章节掌握的基础上编写驱动程序，分别静态，动态注册字符设备。
44.3章节编译驱动程序为驱动模块，分别测试静态注册设备号和动态注册设备号。
本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：
申请字符类设备号 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=15
程序源码在网盘资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\2.驱动程序例程\06-注册字符设备号”路径下。
44.1 字符设备号简介
Linux 的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev 目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。
为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同
类型的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。
44.1.1 设备号的组成
一个字符设备或者块设备都有一个主设备号和次设备号。主设备号和次设备号统称为设备号。主设备
号用来表示一个特定的驱动程序。次设备号用来表示使用该驱动程序的各个设备。Linux 提供了一个名为
dev_t 的数据类型表示设备号，dev_t 定义在文件 include/linux/types.h 里面，定义如下：
typedef __u32 __kernel_dev_t;
typedef __kernel_dev_t dev_t
dev_t 是个 32 位的变量，其中 12 位用来表示主设备号，20 位用来表示次设备号。因此 Linux 系统中主设备号范围为 0~4095，所以大家在选择主设备号的时候一定不要超过这个范围。在文件include/linux/kdev_t.h 中提供了几个操作设备号的宏定义，如下所示：
Linux提供了几个宏定义来操作设备号：
#define MINORBITS 20 //次设备号的位数，一共是20位
#define MINORMASK ((1U << MINORBITS) - 1) //次设备号的掩码
#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS)) //在dev_t 里面获取我们的主设备号
#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK)) //在dev_t 里面获取我们的次设备号
#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi)) //将我们的主设备号和次设备号组成一个dev_t类型。第一个参数是主设备号，第二个参数是次设备号
44.1.2 设备号的分配
1 、静态分配设备号
静态分配设备号，就是驱动程序开发者通过静态指定一个设备号。对于一部分常用的设备，内核开发者已经为其分配了设备号。这些设备号可以在内核源码 documentation/ devices.txt 文件中找到。如果只有开发者自己使用这些设备驱动程序，那么其可以选择一个尚未使用的设备号。在不添加新硬件的时候，这种方式不会产生设备号冲突。但是当添加新硬件时，则很可能造成设备号冲突，影响设备的使用。使用“cat /proc/devices”命令即可查看当前系统中所有已经使用了的主设备号，如图所示：
上图中第一列就是每种设备的主设备号（我这里直接截图了其中的一部分，大家有兴趣，可以在开发
板的调试串口输入相应的命令查看所有设备的设备号）。
设备号的静态申请函数如下所示：
| 函数 | int register_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned count,const char *name); |
| 参数dev | 设备号的起始值。类型是dev_t类型 |
| 参数count | 要申请的次设备号的个数。 |
| 参数name | 设备名字 |
| 返回值 | 成功返回0，失败返回负数 |
2、动态分配设备号
由于静态分配设备号可能存在冲突问题，因此建议使用动态分配设备号。在注册字符设备之前先申请一个设备号，系统会自动给你一个没有被使用的设备号，这样就避免了冲突。卸载驱动的时候释放掉这个设备号即可，设备号的动态申请函数如下：
| 函数 | int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name) |
| 参数dev | 保存申请到的设备号 |
| 参数baseminor | 次设备号起始地址，alloc_chrdev_region 可以申请一段连续的多个设备号，这些设备号的主设备号一样，但是次设备号不同，次设备号以 baseminor 为起始地址地址开始递增。一般 baseminor 为 0，也就是说次设备号从 0 开始。 |
| 参数count | 要申请的设备号数量。 |
| 参数name | 设备名字。 |
| 返回值 | 成功返回0，失败返回负数。使用动态分配会优先使用255到234 |
设备号即可，设备号的动态申请函数如下：
3、注销设备号
注销字符设备之后要释放掉设备号，设备号释放函数如下：
| 函数 | void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count) |
| 参数from | 要释放的设备号 |
| 参数count | 表示从 from 开始，要释放的设备号数量。 |
44.2 编写驱动例程
通过前面的学习，我们已经把申请字符设备号基本概念搞懂了。我们在ubuntu的/home/topeet/imx8mm/06目录下新建chrdev.c文件。我们可以将上次编写的parameter.c在此基础上进行编辑，完整的驱动代码如下：
/*
* @Descripttion: 动态或者静态申请字符设备号
* @version:
* @Author: topeet
*/
#include <linux/init.h> //初始化头文件
#include <linux/module.h> //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。
#include <linux/fs.h> //包含了文件操作相关struct的定义，例如大名鼎鼎的struct file_operations
#include <linux/kdev_t.h> //
#define DEVICE_NUMBER 1 //定义次设备号的个数
#define DEVICE_SNAME "schrdev" //定义静态注册设备的名称
#define DEVICE_ANAME "achrdev" //定义动态注册设备的名称
#define DEVICE_MINOR_NUMBER 0 //定义次设备号的起始地址
static int major_num, minor_num; //定义主设备号和次设备号
module_param(major_num, int, S_IRUSR); //驱动模块传入普通参数major_num
module_param(minor_num, int, S_IRUSR); //驱动模块传入普通参数minor_num
static int hello_init(void)
{
dev_t dev_num;
int ret; //函数返回值
if (major_num)
{
/*静态注册设备号*/
printk("major_num = %d\n", major_num); //打印传入进来的主设备号
printk("minor_num = %d\n", minor_num); //打印传入进来的次设备号
dev_num = MKDEV(major_num, minor_num); //MKDEV将主设备号和次设备号合并为一个设备号
ret = register_chrdev_region(dev_num, DEVICE_NUMBER, DEVICE_SNAME); //注册设备号
if (ret < 0)
{
printk("register_chrdev_region error\n");
}
//静态注册设备号成功,则打印。
printk("register_chrdev_region ok\n");
}
else
{
/*动态注册设备号*/
ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, DEVICE_MINOR_NUMBER, 1, DEVICE_ANAME);
if (ret < 0)
{
printk("alloc_chrdev_region error\n");
}
//动态注册设备号成功，则打印
printk("alloc_chrdev_region ok\n");
major_num = MAJOR(dev_num); //将主设备号取出来
minor_num = MINOR(dev_num); //将次设备号取出来
printk("major_num = %d\n", major_num); //打印传入进来的主设备号
printk("minor_num = %d\n", minor_num); //打印传入进来的次设备号
}
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
unregister_chrdev_region(MKDEV(major_num, minor_num), DEVICE_NUMBER); //注销设备号
//printk("a = %d \n",a);
printk("gooodbye! \n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
44.3 编译驱动及运行测试
这里我们以iMX8MM开发板为例，将刚刚44.2章节编写的代码编译成模块。将上次编译parameter的Makefile文件和build.sh拷贝到chrdev.c同级目录下，修改Makefile为：
obj-m += chrdev.o
KDIR:=/home/topeet/linux/linux-imx
PWD?=$(shell pwd)
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64
clean:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean文件如下图所示：
编译驱动模块，编译成功如下图所示：
44.3.1 静态注册设备号测试
我们使用静态注册设备号的方法传入设备号，我们首先查看一下开发板里面哪些设备号是未被使用过的，如下图所示：
cat /proc/devices
从上图可知，主设备号9未被使用，我们通过nfs将编译好的驱动程序加载驱动模块。我们进入共享目录，加载驱动模块如下图所示：
insmod chrdev.ko major_num=9
我们输入以下命令，查看下加载驱动以后，是否生成了设备号，如下图所示，生成了“schrdev”的设备节点。
cat /proc/devices
我们输入以下命令将驱动卸载，再次查看设备号，发现注册的设备号消失，如下图所示：
rmmod chrdev
cat /proc/devices
44.3.1 动态注册设备号测试
我们使用动态注册设备号的方法注册设备号，输入以下命令加载驱动模块，如下图所示
insmod chrdev.ko
我们输入以下命令，查看下加载驱动以后，是否生成了设备号，如下图所示：
cat /proc/devices
我们输入以下命令将驱动卸载，再次查看设备号，发现注册的设备号消失，如下图所示
rmmod chrdev
cat /proc/devices
既然申请设备号有俩种方法，那么我们是静态申请好还是动态申请好呢？这里建议大家使用动态申请设备号，因为动态申请设备号不会造成冲突的现象。
原文地址：https://blog.csdn.net/BeiJingXunWei/article/details/140611118
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