3.4. 字符设备注册

3.4. 字符设备注册

如我们提过的, 内核在内部使用类型 struct cdev 的结构来代表字符设备. 在内核调用你的设备操作前, 你编写分配并注册一个或几个这些结构. [11]为此, 你的代码应当包含 <linux/cdev.h>, 这个结构和它的关联帮助函数定义在这里.

有 2 种方法来分配和初始化一个这些结构. 如果你想在运行时获得一个独立的 cdev 结构, 你可以为此使用这样的代码:

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &my_fops;

但是, 偶尔你会想将 cdev 结构嵌入一个你自己的设备特定的结构; scull 这样做了. 在这种情况下, 你应当初始化你已经分配的结构, 使用:

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);

任一方法, 有一个其他的 struct cdev 成员你需要初始化. 象 file_operations 结构, struct cdev 有一个拥有者成员, 应当设置为 THIS_MODULE. 一旦 cdev 结构建立, 最后的步骤是把它告诉内核, 调用:

int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);

这里, dev 是 cdev 结构, num 是这个设备响应的第一个设备号, count 是应当关联到设备的设备号的数目. 常常 count 是 1, 但是有多个设备号对应于一个特定的设备的情形. 例如, 设想 SCSI 磁带驱动, 它允许用户空间来选择操作模式(例如密度), 通过安排多个次编号给每一个物理设备.

在使用 cdev_add 是有几个重要事情要记住. 第一个是这个调用可能失败. 如果它返回一个负的错误码, 你的设备没有增加到系统中. 它几乎会一直成功, 但是, 并且带起了其他的点: cdev_add 一返回, 你的设备就是"活的"并且内核可以调用它的操作. 除非你的驱动完全准备好处理设备上的操作, 你不应当调用 cdev_add.

为从系统去除一个字符设备, 调用:

void cdev_del(struct cdev *dev);

显然, 你不应当在传递给 cdev_del 后存取 cdev 结构.

3.4.1. scull 中的设备注册

在内部, scull 使用一个 struct scull_dev 类型的结构表示每个设备. 这个结构定义为:

struct scull_dev { 
 struct scull_qset *data;  /* Pointer to first quantum set */ 
 int quantum;  /* the current quantum size */ 
 int qset;  /* the current array size */ 
 unsigned long size;  /* amount of data stored here */ 
 unsigned int access_key;  /* used by sculluid and scullpriv */ 
 struct semaphore sem;  /* mutual exclusion semaphore  */ 

 struct cdev cdev; /* Char device structure */
};

我们在遇到它们时讨论结构中的各个成员, 但是现在, 我们关注于 cdev, 我们的设备与内核接口的 struct cdev. 这个结构必须初始化并且如上所述添加到系统中; 处理这个任务的 scull 代码是:

static void scull_setup_cdev(struct scull_dev *dev, int index)
{
 int err, devno = MKDEV(scull_major, scull_minor + index);

 cdev_init(&dev->cdev, &scull_fops);
 dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
 dev->cdev.ops = &scull_fops;
 err = cdev_add (&dev->cdev, devno, 1);
 /* Fail gracefully if need be */
 if (err)
 printk(KERN_NOTICE "Error %d adding scull%d", err, index);
} 

因为 cdev 结构嵌在 struct scull_dev 里面, cdev_init 必须调用来进行那个结构的初始化.

3.4.2. 老方法

如果你深入浏览 2.6 内核的大量驱动代码, 你可能注意到有许多字符驱动不使用我们刚刚描述过的 cdev 接口. 你见到的是还没有更新到 2.6 内核接口的老代码. 因为那个代码实际上能用, 这个更新可能很长时间不会发生. 为完整, 我们描述老的字符设备注册接口, 但是新代码不应当使用它; 这个机制在将来内核中可能会消失.

注册一个字符设备的经典方法是使用:

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);

这里, major 是感兴趣的主编号, name 是驱动的名子(出现在 /proc/devices), fops 是缺省的 file_operations 结构. 一个对 register_chrdev 的调用为给定的主编号注册 0 - 255 的次编号, 并且为每一个建立一个缺省的 cdev 结构. 使用这个接口的驱动必须准备好处理对所有 256 个次编号的 open 调用( 不管它们是否对应真实设备 ), 它们不能使用大于 255 的主或次编号.

如果你使用 register_chrdev, 从系统中去除你的设备的正确的函数是:

int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name);

major 和 name 必须和传递给 register_chrdev 的相同, 否则调用会失败.

[11] 有一个早些的机制以避免使用 cdev 结构(我们在"老方法"一节中讨论).但是, 新代码应当使用新技术.