掌握Linux4.4字符设备编程的关键知识 (linux4.4字符设备)
Linux4.4字符设备编程是Linux内核的一项重要功能，它给开发者提供了一个对底层硬件进行读写操作的方式。不仅能够帮助开发者更好地理解Linux内核的工作原理，还可以让开发者更好地应用Linux内核提供的接口，开发出更高质量的代码。
本文将重点介绍，包括：
1.字符设备和块设备的区别和特点
2.字符设备编程的基本流程和实现方法
3.字符设备驱动程序的模板和示例
4.字符设备的常见问题和解决方法
1.字符设备和块设备的区别和特点
在学习Linux4.4字符设备编程之前，我们需要了解字符设备和块设备的区别和特点。
字符设备是一种特殊的设备，它的最小单位是字节（8位），是对字节流进行读写的设备。特点是具有实时性、无序性和可随机访问性。常用的字符设备包括串口、打印机、键盘等。
块设备是以块（512字节）为最小单位进行读写的设备，它支持块随机访问，可以进行高效的数据读写。常用的块设备包括硬盘、U盘等。
2.字符设备编程的基本流程和实现方法
在进行Linux4.4字符设备编程时，需要遵循以下基本流程：
（1）定义字符设备结构体
字符设备结构体包含了设备编号、驱动程序名称、设备文件的主设备号和次设备号、设备打开、关闭、读取、写入等操作的函数指针等信息。
（2）实现字符设备的初始化函数
初始化函数会调用设备结构体里的函数指针。
（3）注册字符设备
可以使用register_chrdev()函数来注册字符设备。
（4）卸载字符设备
可以使用unregister_chrdev()函数来卸载字符设备。
实现方法如下：
（1）编写字符设备结构体
struct cdev mycdev;
const struct file_operations mycdev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = mycdev_open,
.release = mycdev_release,
.write = mycdev_write,
.read = mycdev_read,
};
（2）实现字符设备的初始化函数
static int __init mycdev_init(void)
{
int ret;
/* 申请设备号 */
ret = alloc_chrdev_region(&mydev, 0, 1, “mycdev”);
if (ret) {
printk(KERN_ERR “alloc_chrdev_region fl\n”);
goto err_alloc;
}
/*初始化字符设备结构体*/
cdev_init(&mycdev, &mycdev_fops);
mycdev.owner = THIS_MODULE;
/* 注册字符设备 */
ret = cdev_add(&mycdev, mydev, 1);
if (ret) {
printk(KERN_ERR “cdev_add fl\n”);
goto err_add;
}
printk(KERN_INFO “mycdev_init success\n”);
return 0;
err_add:
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
err_alloc:
return ret;
}
（3）注册字符设备
static int __init mymodule_init(void)
{
int ret;
ret = mycdev_init();
if (ret) {
printk(KERN_ERR “mycdev_init fl\n”);
}
return ret;
}
（4）卸载字符设备
static void __exit mymodule_exit(void)
{
cdev_del(&mycdev);
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
}
3.字符设备驱动程序的模板和示例
字符设备驱动程序通常使用模板文件，需要将其编译为内核模块，常见的模板文件有内核提供的chardev.c文件、lkm_dev.c文件等。
实现一个简单的字符设备驱动程序示例如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
MODULE_AUTHOR(“your name”);
MODULE_LICENSE(“GPL”);
MODULE_DESCRIPTION(“Linux4.4 character device driver demo”);
#define BUF_SIZE 1024
static char *buffer;
static dev_t mydev;
static struct cdev mycdev;
static int buf_len = 0;
static int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
printk(KERN_INFO “Opening mycdev\n”);
return 0;
}
static int mycdev_release(struct inode *inode, struct file *filp) {
printk(KERN_INFO “Closing mycdev\n”);
return 0;
}
static ssize_t mycdev_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {
ssize_t ret = 0;
if (*f_pos >= buf_len) {
return 0;
}
if (*f_pos+count > buf_len) {
count = buf_len – *f_pos;
}
if (copy_to_user(buf, buffer + *f_pos, count)) {
ret = -EFAULT;
} else {
*f_pos += count;
ret = count;
}
return ret;
}
static ssize_t mycdev_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {
ssize_t ret = 0;
if (*f_pos+count >= BUF_SIZE) {
return -ENOSPC;
}
if (copy_from_user(buffer + *f_pos, buf, count)) {
ret = -EINVAL;
} else {
*f_pos += count;
buf_len = *f_pos;
ret = count;
}
return ret;
}
static int __init mycdev_init(void) {
int ret;
/* Allocate major and minor device number */
ret = alloc_chrdev_region(&mydev, 0, 1, “mycdev”);
if (ret
printk(KERN_ERR “fled to allocate chrdev region\n”);
goto err_alloc;
}
/* Initialize cdev struct and file_operations */
cdev_init(&mycdev, &mycdev_fops);
mycdev.owner = THIS_MODULE;
/* Register cdev */
ret = cdev_add(&mycdev, mydev, 1);
if (ret
printk(KERN_ERR “fled to add cdev to device\n”);
goto err_add;
}
/* Allocate memory for buffer */
buffer = kmalloc(BUF_SIZE, GFP_KERNEL);
if (!buffer) {
printk(KERN_ERR “fled to allocate buffer\n”);
goto err_buffer;
}
printk(KERN_INFO “success\n”);
return 0;
err_buffer:
cdev_del(&mycdev);
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
err_add:
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
err_alloc:
return ret;
}
static void __exit mycdev_exit(void) {
if (buffer) {
kfree(buffer);
}
cdev_del(&mycdev);
unregister_chrdev_region(mydev, 1);
printk(KERN_INFO “success\n”);
}
static const struct file_operations mycdev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = mycdev_open,
.release = mycdev_release,
.read = mycdev_read,
.write = mycdev_write,
};
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
4.字符设备的常见问题和解决方法
在实现Linux4.4字符设备编程时，可能会遇到如下常见问题：
（1）设备文件无法打开
设备文件无法打开的原因可能是字符设备结构体中的file_operations指针没有被正确初始化，或者在初始化时发生了错误。可以通过查看内核日志来定位问题所在，进而进行修复。
（2）数据读写出错
在进行数据读写时，可能会出现内存不足、数据拷贝失败等问题，导致数据读写错误。可以通过增加缓冲区大小、优化数据拷贝等方式来避免这些问题。
（3）内核崩溃
如果内核崩溃，可能是因为字符设备驱动程序存在严重bug，比如访问空指针、越界访问等。可以通过编写合理的代码并实现严格的错误检查来避免这些问题。
