Kernel Module实战指南(三):编写字符型设备

Introduction

我们今天编写第一个Linux Kernel Module的驱动程序:一个字符型设备驱动。通过简单的open(), release(), read(), write(),你将理解驱动程序的编程方法。

file_operations结构

在Linux中,一切都是文件,设备驱动也毫不例外。文件的定义在linux/fs.h中,目前我们只需要关注file_operations结构。

1
2
3
4
5
6
7
8
struct file_operations {
...
ssize_t(*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t(*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
...
};

上面四个回调函数,是我们目前需要关心的,后面的例子也只会使用这四个回调函数。
编写我们自己的设备驱动程序,需要根据需求实现file_operations结构中的回调函数,然后将驱动通过register_chrdev()注册到内核中即可。

完整的字符驱动code

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>

int init_module(void);
void cleanup_module(void);
static ssize_t device_read(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
static ssize_t device_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
static int device_open(struct inode *, struct file *);
static int device_release(struct inode *, struct file *);
// 我们的设备名字
#define DEVICE_NAME "csprojectedu"

static int major_version;
static int device_is_open = 0;
static char msg[1024];
static char *pmsg;
// 定义设备允许的操作,这里只允许read(), write(), open(), release()
static struct file_operations fops = {
.read = device_read,
.write = device_write,
.open = device_open,
.release = device_release
};
// 模块注册函数
int init_module() {
// 将我们定义的设备操作的结构体fops注册到内核中
major_version = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);
if (major_version < 0) {
printk(KERN_ALERT "Register failed, error %d.\n", major_version);
return major_version;
}
// 打印设备名称和版本号,稍后我们会利用这个来挂在模块到/dev/csprojectedu
printk(KERN_INFO "'mknod /dev/%s c %d 0'.\n", DEVICE_NAME, major_version);
return 0;
}
// 模块退出函数
void cleanup_module() {
unregister_chrdev(major_version, DEVICE_NAME);
}
// 处理读模块的逻辑,可以通过cat /dev/csprojectedu 来简单的读取模块
static ssize_t device_read(struct file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t *offset) {
int bytes = 0;
if (*pmsg == 0) {
return 0;
}
while (length && *pmsg) {
put_user(*(pmsg++), buffer++);
length--;
bytes++;
}
return bytes;
}
// 处理写模块的逻辑,我们目前不支持
static ssize_t device_write(struct file *filp, const char *buff, size_t length, loff_t *offset) {
return -EINVAL;
}
// 处理打开模块的逻辑
static int device_open(struct inode *inode, struct file *file) {
static int counter = 0;
if (device_is_open) {
return -EBUSY;
}
device_is_open = 1;
sprintf(msg, "Device open for %d times.\n", ++counter);
pmsg = msg;
try_module_get(THIS_MODULE);
return 0;
}
// 处理释放/关闭模块的逻辑
static int device_release(struct inode *inode, struct file *file) {
device_is_open = 0;
module_put(THIS_MODULE);
return 0;
}

编译运行

Makefile同之前的一样就好

$ make
$ sudo insmod csprojectedu.ko
$ dmesg
[115465.083271] 'mknod /dev/csprojectedu c 250 0'.
$ sudo mknod /dev/csprojectedu c 250 0
$ cat /dev/csprojectedu
Device open for 1 times.
$ cat /dev/csprojectedu
Device open for 2 times.
$ sudo rm /dev/csprojectedu
$ sudo rmmod csprojectedu.ko

Summary

通过编写一个简单的字符型设备驱动,我们了解了Linux Kernel Module在驱动程序方面的应用。

(本文出自csprojectedu.com,转载请注明出处)