linux字符设备放在哪个目录中

今天小编给大家分享一下linux字符设备放在哪个目录中的相关知识点,内容详细,逻辑清晰,相信大部分人都还太了解这方面的知识,所以分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后有所收获,下面我们一起来了解一下吧。

linux字符设备放在“/dev”目录中。字符设备是指只能一个字节一个字节进行读写操作的设备,一般每个字符设备或者块设备都会在“/dev”目录下对应一个设备文件,并且每个设备文件都必须有主/次设备号,主设备号相同的设备是同类设备,使用同一个驱动程序。

1、Linux设备驱动分类

Linux系统将设备分为三个类:字符设备、块设备、网络设备,在这三大类中,字符设备相对比较简单,应用程序通过字符设备文件来访问字符设备,本讲主要介绍字符设备,如果对块设备和网络设备感兴趣的话,可以参看相关资料,并对其进行深入了解。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第1张


2、什么是字符设备?

字符设备是指只能一个字节一个字节进行读写操作的设备,不能随机读取设备中的某一数据、读取数据要按照先后顺序。字符设备是面向流的设备,常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED等。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第2张

一般每个字符设备或者块设备都会在/dev目录下对应一个设备文件,并且每个设备文件都必须有主/次设备号,主设备号相同的设备是同类设备,使用同一个驱动程序。

Linux用户层程序通过设备文件来使用驱动程序操作字符设备或块设备。

可以通过

cat /proc/devices

命令查看当前已经加载的设备驱动程序的主设备号。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第3张

通过在/dev目录下执行命令

ls -l

可以看到所有设备文件的主设备号和次设备号:

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第4张

对常见设备文件作如下说明:

/dev/hd[a-t]:IDE设备

/dev/sd[a-z]:SCSI设备

/dev/fd[0-7]:标准软驱

/dev/md[0-31]:软raid设备

/dev/loop[0-7]:本地回环设备

/dev/mem:内存

/dev/null:无限数据接收设备,相当于黑洞

/dev/zero:无限零资源

/dev/tty[0-63]:虚拟终端

/dev/ttyS[0-3]:串口

/dev/lp[0-3]:并口

/dev/console:控制台

/dev/fb[0-31]:framebuffer

/dev/cdrom => /dev/hdc

/dev/modem => /dev/ttyS[0-9]

/dev/pilot => /dev/ttyS[0-9]

3、如何建立设备文件?

建立设备文件有两种方式,一是通过系统调用mknod(),编程中调用该函数可以建立一个新的设备文件名,另外一种就是通过mknod命令,命令的第一个参数为设备文件名,第二个参数为设备类型,比如c表示字符设备,第三、四个参数为设备文件的主设备号和次设备号,比如231和0。主设备号和次设备号合起来唯一的确定一个设备,同一个设备不同类型的主设备号是一样的,次设备号不同,比如一个硬盘的多个分区就有不同的次设备号,通过主设备号就可以把设备文件与驱动程序关联起来。

mknod filename type major minor

  • filename:要创建的设备文件名;

  • type:设备类型,c代表一个字符设备,b代表一个块设备;

  • major:主设备号;

  • minor:次设备号;

4、如何描述字符设备?

Linux内核中抽象出struct cdev结构体来表示一个字符设备,cdev 定义于 <linux/cdev.h> 中其中,其中最关键的是file_operations结构,它是实现字符设备的操作集。

struct cdev {
        struct kobject kobj;   //  内嵌内核对象
        struct module *owner;  //该字符设备所在的内核模块
        const struct file_operations *ops; //文件操作结构体
        struct list_head list;  //已注册字符设备链表
        dev_t dev; //由主、次设备号构成的设备号
        unsigned int count;//同一主设备号的次设备号的个数
};

Linux使用file_operations结构访问驱动程序的函数,这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。

struct file_operations {
       struct module *owner;
       loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
       ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
       ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
       int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
       unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
       int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
       int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
       int (*open) (struct inode *, struct file *);
       int (*flush) (struct file *);
       int (*release) (struct inode *, struct file *);
       int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
       int (*fasync) (int, struct file *, int);
       int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
       ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long,loff_t *);
       ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long,    loff_t *);
    };

用户进程利用在对设备文件进行诸如read,write操作的时候,系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序,然后读取这个数据结构相应的函数指针,接着把控制权交给该函数,这是Linux的设备驱动程序工作的基本原理。

5、字符设备与文件系统的接口

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第5张

如图,在Linux内核中,最左边, 使用cdev结构体来描述字符设备;通过其成员dev_t来定义设备号(分为主、次设备号)以确定字符设备的唯一性;通过其成员file_operations来定义字符设备驱动提供给虚拟文件系统VFS的接口函数,如常见的open()、read()、write()等,这些函数真正的操作硬件设备。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第6张

在上一个图的基础上我们看这个图,字符设备驱动程序是以内核模块的形式加载到内核中的,首先模块加载函数按静态或者动态方式获取设备号;然后字符设备初始化函数建立cdev与 file_operations之间的连接, 通过注册函数向系统添加一个cdev以完成注册; 模块卸载时与加载对应,要注销cdev,并释放设备号。

在用户程序中,可以通过系统调用open(), read(), write()等调用驱动程序在内核中所实现的这些函数。这样用户态到内核驱动之间的通路就打通了。

6、编写简单的字符设备驱动程序

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第7张

如图,编写字符设备驱动分为三大步骤:

  1. 驱动的初始化,其中又分为四个步骤,调用相关的函数达到。

  2. 实现设备的操作,具体的操作取决于你自己所要实现的功能,这里只列出了基本的操作

  3. 驱动的注销,注销就是释放资源。

其中调用的接口函数功能如下:

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第8张

第1个函数是分配函数,动态申请cdev的内存,给该结构分配内存空间。

第2个函数是初始化函数,初始化cdev的成员,并建立cdev和file_operations之间关联.

第3个函数注册cdev设备对象,也就是把字符设备添加到字符设备表中,就像大家入学时进行注册一样。

第4个函数是注销驱动程序调用,将cdev对象从系统中删除。

第5个函数释放cdev数据结构所占的内存。

6.1 设备号的申请和释放

一个字符设备或块设备都有一个主设备号和一个次设备号。主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序,用来反映设备类型次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备,用来区分同类型的设备。注册时申请设备号,注销时释放设备号,就像大家入学是有一个学号,毕业离开时就释放掉这个学号。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第9张

6.2 用户空间与内核空间数据的传送

当我们在用户程序中调用read()函数时,陷入内核空间,实际上要通过内核的copy_to_user()函数把内核空间缓冲区中的数据拷贝到用户空间的缓冲区,反之,当我们调用write()函数时,内核通过调用copy_from_user()函数把用户空间的数据拷贝到内核缓冲区。

linux字符设备放在哪个目录中  linux 第10张

以上就是“linux字符设备放在哪个目录中”这篇文章的所有内容,感谢各位的阅读!相信大家阅读完这篇文章都有很大的收获,小编每天都会为大家更新不同的知识,如果还想学习更多的知识,请关注蜗牛博客行业资讯频道。

免责声明:本站发布的内容(图片、视频和文字)以原创、转载和分享为主,文章观点不代表本网站立场,如果涉及侵权请联系站长邮箱:niceseo99@gmail.com进行举报,并提供相关证据,一经查实,将立刻删除涉嫌侵权内容。

评论

有免费节点资源,我们会通知你!加入纸飞机订阅群

×
天气预报查看日历分享网页手机扫码留言评论Telegram