字符设备驱动简介
在Linux内核中使用设备号和struct cdev结构体来表示一个字符设备。一个struct cdev结构体在内核中就代表
一个字符设备，它的定义如下(include/linux/cdev.h)：
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
设备号又分为主设备号和次设备号：
- 主设备号用于区分不同的字符设备驱动程序
- 次设备号用于区分不同的实体设备（一个驱动程序可以驱动多个实体设备）
设备号的构成与分配
Linux用一个32为的无符号整数来表示设备号，该整数的低20位用于表示次设备号，高12位用来表示主设备号。
内核中使用一个全局数组chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE]来分配和管理所有设备号，它的定义如下(fs/char_dev.c)：
static struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
unsigned int baseminor;
int minorct;
char name[64];
struct cdev *cdev; /* will die */
} *chrdevs[CHRDEV_MAJOR_HASH_SIZE];
内核调用register_chrdev_region函数来将分配到的设备号加入到chrdevs数组中，为防止别的驱动程序也使用这个设备号。
如果此设备号已经被其他驱动程序使用了，则这个函数调用将不会成功。
字符设备的注册
和设备号一样内核内核也使用了一个全局数组struct kobj_map *cdev_map来管理所有字符设备，它的定义如下(drivers/base/map.c)：
struct kobj_map {
struct probe {
struct probe *next;
dev_t dev;
unsigned long range;
struct module *owner;
kobj_probe_t *get;
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data;
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};
设备驱动程序通过调用cdev_add把它所管理的设备对象的指针嵌入到一个类型为struct probe的节点中，然后再把该节点加入到cdev_map所实现的哈希链表中。
我们在编写驱动的时候通常调用register_chrdev函数来注册字符设备驱动，该函数是__register_chrdev的包装函数。
在__register_chrdev函数中调用__register_chrdev_region函数来分配和注册设备号，
然后调用cdev_add函数将字符设备对象struct cdev加入到全局数组cdev_map中去。
设备号的分配与注册任务主要是在__register_chrdev_region函数中完成，如果传入的主设备号参数major为0，
则此函数自动分配一个主设备号给驱动程序，如果major不为0，则直接将此设备号加入到全局数组chrdevs中去。
cdev_add函数通过调用kobj_map函数来完成字符设备的注册，在kobj_map函数中首先分配一个struct probe结构体，
然后初始化此结构体的各个数据域，最后将结构体加入到cdev_map全局数组中。
int __register_chrdev(unsigned int major, unsigned int baseminor,
unsigned int count, const char *name,
const struct file_operations *fops)
{
struct char_device_struct *cd;
struct cdev *cdev;
int err = -ENOMEM;
/* 注册分配设备号 */
cd = __register_chrdev_region(major, baseminor, count, name);
if (IS_ERR(cd))
return PTR_ERR(cd);
/* 分配一个 struct cdev 结构体 */
cdev = cdev_alloc();
if (!cdev)
goto out2;
cdev->owner = fops->owner;
cdev->ops = fops;
kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
/* 将 cdev 结构体注册到 cdev_map 中去 */
err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, baseminor), count);
if (err)
goto out;
cd->cdev = cdev;
return major ? 0 : cd->major;
out:
kobject_put(&cdev->kobj);
out2:
kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, baseminor, count));
return err;
}
参考
《深入Linux设备驱动程序内核机制》