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Linux驱动开发之主设备号找驱动，次设备号找设备
发表于： 09:23 &作者：linux_dsp_driver & 来源：51Testing软件测试网采编
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　　一、引言　　很久前接触驱动就知道主设备号找驱动，次设备号找设备。这句到底怎么理解呢，如何在驱动中实现呢，在介绍该实现之前先看下内核中主次设备号的管理：　　二、Linux内核主次设备号的管理　　Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如终端类设备的主设备号是4。　　设备号的内部表示　　在内核中，dev_t& 类型( 在 &linux/types.h&头文件有定义 ) 用来表示设备号，包括主设备号和次设备号两部分。对于 2.6.x内核，dev_t是个32位量，其中高12位用来表示主设备号，低20位用来表示次设备号。　　在 linux/types.h 头文件里定义有　　typedef __kernel_dev_t&&&&&&&&& dev_t;　　typedef __u32 __kernel_dev_t;　　主设备号和次设备号的获取　　为了写出可移植的驱动程序，不能假定主设备号和次设备号的位数。不同的机型中，主设备号和次设备号的位数可能是不同的。应该使用MAJOR宏得到主设备号，使用MINOR宏来得到次设备号。下面是两个宏的定义：（linux/kdev_t.h）　　#define MINORBITS&& 20&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& /*次设备号*/　　#define MINORMASK&& ((1U && MINORBITS) - 1)&&&&&&&&&&& /*次设备号掩码*/　　#define MAJOR(dev)& ((unsigned int) ((dev) && MINORBITS))& /*dev右移20位得到主设备号*/　　#define MINOR(dev)& ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))&& /*与次设备掩码与，得到次设备号*/　　MAJOR宏将dev_t向右移动20位，得到主设备号；MINOR宏将dev_t的高12位清零，得到次设备号。相反，可以将主设备号和次设备号转换为设备号类型（dev_t），使用宏MKDEV可以完成这个功能。　　#define MKDEV(ma,mi) (((ma) && MINORBITS) | (mi))　　MKDEV宏将主设备号（ma）左移20位，然后与次设备号（mi）相或，得到设备号　　三、主设备号找驱动、次设备号找设备的内核实现　　Linux内核允许多个驱动共享一个主设备号，但更多的设备都遵循一个驱动对一个主设备号的原则。　　内核维护着一个以主设备号为key的全局哈希表，而哈希表中数据部分则为与该主设备号设备对应的驱动程序（只有一个次设备）的指针或者多个同类设备驱动程序组成的数组的指针（设备共享主设备号）。根据所编写的驱动程序，可以从内核那里得到一个直接指向设备驱动的指针，或者使用次设备号作为索引的数组来找到设备驱动程序。但无论哪种方式，内核自身几乎不知道次设备号的什么事情。如下图所示：图1：应用程序调用open时通过主次设备号找到相应驱动
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Linux（22）
以韦东山老师视频为基础，加入自己的实践
以开发板按键为例，在开发板上运行
1.second_drv.c文件
#include &linux/module.h&
#include &linux/kernel.h&
#include &linux/fs.h&
#include &linux/init.h&
#include &linux/delay.h&
#include &linux/device.h&
//包含class_create, device_create, ......这些程序
#include &asm/uaccess.h&
#include &asm/irq.h&
#include &asm/io.h&
//2.6.39版本内核为此位置
//之前版本的内核位置可能为
//#include &asm/regs-gpio.h&
//#include &asm/hardware.h&
#include &mach/regs-gpio.h&
#include &mach/hardware.h&
//加入两个结构体，用来供内核自动创建主设备号
//主要就是在init和exit两个函数中加入了这两个结构体
static struct class *seconddrv_
static struct class_device *seconddrv_class_
volatile unsigned long *
volatile unsigned long *
static int second_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
/* 配置GPF1,4,2,0为输入引脚 */
*gpfcon &= ~((0x3&&(1*2)) | (0x3&&(4*2)) | (0x3&&(2*2)) | (0x3&&(0*2)));
ssize_t second_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
/* 返回4个引脚的电平 */
unsigned char key_vals[4];
if (size != sizeof(key_vals))
return -EINVAL;
/* 读GPF1,4,2,0 */
regval = *
key_vals[0] = (regval & (1&&1)) ? 1 : 0;
key_vals[1] = (regval & (1&&4)) ? 1 : 0;
key_vals[2] = (regval & (1&&2)) ? 1 : 0;
key_vals[3] = (regval & (1&&0)) ? 1 : 0;
copy_to_user(buf, key_vals, sizeof(key_vals));
return sizeof(key_vals);
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
= THIS_MODULE,
/* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
second_drv_open,
= second_drv_read,
static int second_drv_init(void)
major = register_chrdev(0, &second_drv&, &sencod_drv_fops);
seconddrv_class = class_create(THIS_MODULE, &second_drv&);
//2.6.39版本的内核，函数变化为
//class_device_create ======& device_create
seconddrv_class_dev = device_create(seconddrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, &buttons&);// /dev/buttons
//地址映射
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x);
gpfdat = gpfcon + 1;//加的是一个unsigned long的长度，即4个字节，到了0x
static void second_drv_exit(void)
unregister_chrdev(major, &second_drv&);
//2.6.39版本的内核，函数变化为
// class_device_unregister ======& device_unregister
device_unregister(seconddrv_class_dev);
class_destroy(seconddrv_class);
iounmap(gpfcon);
module_init(second_drv_init);
module_exit(second_drv_exit);
MODULE_LICENSE(&GPL&);
2.makefile
KERN_DIR = /home/stevenking/workspace/code/linux-2.6.39
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m += second_drv.o
3.seconddrvtest.c测试程序
#include &sys/types.h&
#include &sys/stat.h&
#include &fcntl.h&
#include &stdio.h&
/* seconddrvtest
int main(int argc, char **argv)
unsigned char key_vals[4];
int cnt = 0;
fd = open(&/dev/buttons&, O_RDWR);
if (fd & 0)
printf(&can't open!\n&);
read(fd, key_vals, sizeof(key_vals));
if (!key_vals[0] || !key_vals[1] || !key_vals[2] || !key_vals[3])
printf(&%04d key pressed: %d %d %d %d\n&, cnt++, key_vals[0], key_vals[1], key_vals[2], key_vals[3]);
测试方法在第一篇里面讲过。不多说。
参考知识库
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(1)(4)(5)(3)(1)(1)(4)(2)(1)(2)(1)(6)　　创建特殊文件。 &
　　mknod Name { b | c } Major Minor
　　创建 FIFO（已命名的管道）
　　mknod Name { p }
　　mknod 命令建立一个目录项和一个特殊文件的对应索引节点。第一个参数是 Name 项设备的名称。选择一个描述性的设备名称。mknod 命令有两种形式，它们有不同的标志。
　　第一种形式中，使用了b 或 c 标志。b 标志表示这个特殊文件是面向块的设备（磁盘、软盘或磁带）。c 标志表示这个特殊文件是面向字符的设备（其他设备）。
　　第一种形式的最后两个参数是指定主设备的数目，它帮助操作系统查找设备驱动程序代码，和指定次设备的数目，也就是单元驱动器或行号，它们是十进制或八进制的。一个设备的主要和次要编号由该设备的配置方法分配，它们保存在 ODM 中的 CuDvDr 类里。在这个对象类中定义了主要和次要编号以确保整个系统设备定义的一致性，这是很重要的。
　　在 mknod 命令的第二种形式中，使用了 p 标志来创建 FIFO（已命名的管道）。
表示特殊文件是面向块的设备（磁盘、软盘或磁带）。
表示特殊文件是面向字符的设备（其他设备）。
创建 FIFO（已命名的管道）。
------------------------------------------------------------------------
　　c.创建虚拟设备（dev），日志记录的时候有的选项可能用到它们。在默认情况下，是使用/dev目录下的文件，但是由于我们需要把DNS限制到一个目录，所以必须完全把/dev下用到的文件（或者说设备）模拟过来才可以。
　　ls -lL /dev/zero /dev/null /dev/random
　　看到类似
　　crw-rw-rw-　1 root　root　1,　3 　/dev/null
　　crw-r--r--　1 root　root　1,　8 　/dev/random
　　crw-rw-rw-　1 root　root　1,　5 　/dev/zero
　　这样的，将其中的1,3这样的数字记录下来，这表示主设备号和次设备号（一般来说主设备号用来区分设备的种类；次设备号则是为了作唯一性区分，标明不同属性&&注意，在unix系统中是把设备也当作文件来对待的），在redhat 9下，ls加不加-L参数都无所谓，但是在Solaris下则一定要加上才可以显示。
　　mknod dev/null c 1 3
　　mknod dev/zero c 1 5
　　mknod dev/random c 1 8
　　============================================================================
　　mknod命令详解
　　mknod [options] name {bc} major minor
　　mknod [options] name p
　　GNU 选项（缩写）：
　　[-m mode] [--help] [--version] [--]
　　mknod 用指定名称产生一个FIFO（命名管道），字符专用或块专用文件。
　　文件系统中的一个专用文件存贮着三种信息（布尔型、整型、整型）。布尔型在字符文件和块文件之间作出选择，两个整型是主、次设备号。
　　通常，一个专用文件并不在磁盘上占用空间，仅仅是为操作系统提供交流，而不是为数据存贮服务。一般地，专用文件会指向一个硬件设备（如：磁盘、磁带、打印机、虚拟控制台）或操作系统提供的服务（如：/dev/null, /dev/random）。
　　块文件通常类似于磁盘设备（在数据能够被访问的地方赋予一个块号，意味着同时设定了一个块缓存）。任何其他设备都是字符文件。（以前，两种文档类型间是有差别的。比如：字符文档I/O没有缓存，而块文档则有。）
　　mknod命令就是用来产生这种类型文件的。
　　以下参数指定了所产生文件的类型：
　　b create a block (buffered) special file
　　c, u create a character (unbuffered) special file
　　p create a FIFO
　　GNU版本还允许使用u（'unbufferd'非缓冲化），以保持和C语言的一致。
　　当创建一个块文件或字符文件时，主、次设备号必须在文件类型参数后给出。但当指定一个p（FIFO）类型时，主次设备号必须省略。（设备号默认是以十进制表示；八进制以0开头；GNU 版本还允许使用以0x开头的十六进制）
　　-m mode, --mode=mode
　　为新建立的文档设定模式，就象应用命令chmod相同，以后仍然使用缺省模式建立新目录。 缺省地，所产生的文档模式为0666（'a+rw'）
　　GNU 标准选项
　　--help
　　在标准输出上显示使用信息并顺利退出。
　　--version
　　在标准输出上显示版本信息并顺利退出
　　主、次设备号可在内核源代码的./Documentation/devices.txt里查到，mknod 可为这些指定的设备创建节点，当然节点的位置不是一定要在/dev下，但是为了便于管理一般都是指定/dev。驱动程序是根据主、次设备号定位的，但是你的应用程序open一个设备时，一定要是你指定的节点位置。例如：
　　mknod /dev/input/mouse0 c 13 32
　　也可以
　　mknod /tmp/mymouse c 13 32
　　/**********************************************************************************************************************/
　　下面是某个网友利用mknod成功解决找不到swap分区的问题。
　　开了一个大程序，用free看看内存是用，却显示如下
　　linuxman:~ # free
　　total used free shared buffers cached
　　Mem: 800 8 53344
　　-/+ buffers/cache: 52
　　Swap: 0 0 0
　　怪了，swap怎么是零？ 用＃swapon -a，却说是没有这个文件/dev/hda7!
　　关于swap，我的fatab文件中有一行是这样的：
　　/dev/hda7 swap swap pri=42 0 0
　　于是：#ls /dev/hda*,果然没有hda7这个block设备！那就创建一个！
　　我就用#mknod /dev/hda7 b 3 7，再chmod 和 chgrp 一下就可以了！
　　这样#ls /dev/hda7就显示这样了：
　　brw-rw---- 1 root disk 3, 7
07:00 /dev/hda7
　　然后再#swapon -a就可以了；#free显示
　　total used free shared buffers cached
　　Mem: 368 6 55304
　　-/+ buffers/cache: 12
&-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
主次设备号
定义　　主设备号被系统用来确定驱动程式（设备类型：如USB设备，硬盘设备），次设备号被驱动程式用来确定具体的设备。
　　字符设备驱动的特殊文件，可以通过ls-l输出的第一列中的&c&标明。/dev下还有块设备，但它们是&b&来识别；尽管如下介绍的某些内容也适用于块设备，但我们这章只关注字符设备。
　　如果你执行ls-l命令，在设备文件条目中的最新修改日期前你会看到二个数（用逗号分隔），这个位置通常显示文件长度。这二个数就是相应设备的主设备号和次设备号。下面的列表给出了我使用的系统上的一些设备。它们的主设备号是10，7，1和4，而次设备号是0，3，5，64，5和129。
　　crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Feb23 1999 null
　　crw------- 1 root root 10, 1 Feb23 1999 psaux
　　crw------- 1 rubini tty 4, 1 Aug16 22:22 tty1
　　crw-rw-rw- 1 root dialout 4, 64 Jun30 11:19 ttyS0
　　crw-rw-rw- 1 root dialout 4, 65 Aug16 00:00 ttyS1
　　crw------- 1 root sys 7, 1 Feb23 1999 vcs1
　　crw------- 1 root sys 7, 129 Feb 23 1999 vcsa1
　　crw-rw-rw- 1 root root 1, 5 Feb23 1999 zero
　　主设备号识别设备对应的驱动程序。例如，/dev/null和/dev/zero都由驱动程序1管理，而所有的虚拟控制台和串口终端都由驱动程序4管理，同样，vcs1和 vcsa1由驱动程序7管理。当设备打开（open）时，内核利用主设备号分派执行相应的驱动程序。
　　次设备号只由相应的设备驱动程序使用；内核的其他部分不使用它，仅将它传递给驱动程序。所以一个驱动程序管理若干个设备并不为奇（如上面的例子所示），次序号提供了一种区分它们的方法。 尽管2.4版本的内核引入了一种新的特性（可选）：设备文件系统，devfs。如果使用了这种文件系统，那设备文件将变得简单，但也很原来有很大的不同。另一方面，这新的文件系统带来了一些用户可见的不兼容特性。
　　当没有使用devfs时，向系统增加一个驱动程序意味着要赋值它一个主设备号。这一赋值过程应该在驱动程序（模块）的初始化过程中完成，它调用如下函数，这个函数定义在&linux/fs.h&：
　　int register_chrdev(unsigned intmajor, const char *name, struct file_operations *fops);
　　返回值提示成功或者失败。返回一个负值，表示出错；返回零或正值，表示成功。参数major是所请求的主设备号，name是你的设备的名字，它将在/proc/devices中出现，fops是一个指向函数队列的指针，利用它完成对设备函数的调用。
　　主设备号是一个用来索引静态字符设备组的整数，&动态分配主设备号&将在本章的稍后部分中介绍怎样选择一个主设备号。2.0内核支持128个设备驱动，而2.2和2.4内核支持256个（保留数值0和255为将来使用）。而次版本号（8位字节的数）并没有传递给register_chrdev函数，因为次版本号是驱动程序自己使用的。开发团队为了增加内核可能支持的设备数量而带来了很大的压力，在开发树2.5版本内核的目标中，设备号至少是16位的。
　　一旦设备驱动程序注册到内核表中，它的操作都与分配的主设备号匹配，何时在字符设备文件上操作都与它的主设备号相关联，内核都会通过file_operations结构体查找并调用相应的驱动程序中的函数。为了这个原因，传递给register_chrdev的指针应该是指向驱动程序中的全局结构体，而不是一个局部的一个模块初始化函数。
　　接下来的问题就是如何给程序一个名字以被它们用来请求你的设备驱动程序。这个名字必须插入到/dev目录中，并与你的驱动程序的主设备号和次设备号相连。
　　在文件系统上创建一个设备节点的命令是mknod，而且你必须是超级用户才能操作。除了要创建的节点名字外，该命令还带三个参数。例如，命令：
　　mknod /dev/scull0 c 254 0
　　创建一个字符设备（c），主设备号是254，次设备号是0。由于历史原因，次设备号应该在0-255范围内，有时它们存储在一个字节中。存在很多原因扩展可使用的次设备号的范围，但就现在而言，仍然有8位限制。
　　请注意：如果一旦用mknod生成了一个特别的设备文件，它就永远存在了硬盘上，除非你明白的删除了它。你可以通过执行命令"rm"命令来删除例子中的设备。
　　rm /dev/scull0
　　某些主设备号已经静态地指派给了大部分常见设备。在内核源代码树的Documentation/device.txt文件中可以找到这些设备的列表。由于许多编号已经分配了，为新设备选择一个唯一的编号是很困难的&&可配置的设备要比主设备号多得多。
　　所幸，可以对主设备号进行动态分配。如果调用register_chrdev时将major设为0，则该函数会自动选择一个空闲的号码并返回作为该设备的主设备号。返回的主设备号总是正值，而返回负值时表明出错。注意如下两种情况的细微差别：若调用者请求一个动态的主设备号时函数register_chrdev返回值为所分配的主设备号，而当成功地注册到一个预先定义的主设备号时（即不采用动态分配而采用静态指派方式），函数返回值为0而非主设备号。
　　对于private dirvers，强烈建议使用动态分配的方法来得到主设备号。相反，如果你的设备普遍应用在大多数场合甚至要被包含在官方的内核树中，你就需要指派一个主设备号作为专用。
　　动态分配的缺点是：由于分配给你的主设备号不能保证总是一样的，因而你无法用mknod命令事先创建设备节点（即设备文件）（可在加载模块时用脚本自动创建）。这意味着你将不能使用Chapter 11中介绍的关于&按需载入模块（loading-on-demandof your driver）&的先进特性。对于用于一般用途的驱动程序，这不是什么问题，因为一旦分配了设备号，你就可以从/proc/devices读取相关的设备号信息。
　　为了加载一个用动态分配来得到主设备号的驱动程序，对insmod的调用需要被替换为一个简单的脚本，这个脚本先调用insmod，再读/proc/devices以得到主设备号，并创建设备文件。
　　下面这个脚本，scull_load，是scull发行中的一部分。使用以模块形式发行的驱动程序的用户可以从系统的rc.local文件中调用这个脚本，或者在需要模块时手工调用。rc.local可在/etc/rc.d/下找到。（中文版中还提到一种方法：使用kerneld。）
　　#!/bin/sh
　　module=&scull&
　　device =&scull&
　　mode =&664&
　　#invoke insmod with all
　　arguments we were passed
　　#and use a pathname, as
　　newer modutils don&t look in. by default
　　/sbin/insmod &f ./$module.o
　　$* || exit
　　#remove stale nodes
　　rm &f /dev/$(device)[0-3]
　　major=&awk &
　　[url=file://///$2==/]\\$2==\[/url]
　　&$module\& {print
　　[url=file://///$1]\\$1[/url]
　　}& /proc/devices&
　　mknod /dev/${device}0 c
　　$major 0
　　mknod /dev/${device}1 c
　　$major 1
　　mknod /dev/${device}2 c
　　$major 2
　　mknod /dev/${device}3 c
　　$major 3
　　#give appropriate group/permissions, and change the group.
　　#Not all dist some have &wheel& instead.
　　group=&staff&
　　grep &^staff:& /etc/group
　　& /dev/null || group=&wheel&
　　chgrp $group
　　/dev/${device}[0-3]
　　chmod $mode
　　/dev/${device}[0-3]
　　只要重新定义脚本中的变量并对mknod命令行进行修正该脚本同样可以用于其驱动程序。
　　读者可能对最后几行迷惑不解：为什么要改变设备的组（group）和访问权限（mode）呢？原因是该脚本只能由超级用户运行，因而新建的设备文件自然属于root。默认权限位只允许root对其有写访问权限，而其他用户只有读权限。通常设备文件需要不同的访问策略，比如只对某一组用户开放访问权限，因而需要改变某些情况下的访问权限。
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#include &linux/module.h&#include &linux/kernel.h&#include &linux/types.h&#include &linux/device.h&static struct class *led_int led_open(struct inode *inode, struct file *file){& & printk("led_open\n");& & return 0;}ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *user, size_t size, loff_t *off){& & printk("led_write\n");& & return 0;}static struct file_operations led_operation = {& & .owner=THIS_MODULE,& & .open=led_open,& & .write=led_write, &&};int led_init(void){& & major=register_chrdev(0,"led",&led_operation);& & led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class");& & device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL,"led_device");& & return 0;}void led_exit(void){& & unregister_chrdev(major,"led");& & device_destroy(led_class,MKDEV(major, 0));& & class_destroy(led_class);& &&}module_init(led_init);module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");主要思路：先创建一个类，在类下创建设备！这样我们就不需要在开发板上查看主设备号，然后手动创建设备节点了！在开发板上：ls /sys/class/会看到我们创建的类，ls /sys/class/led_class/会看到我们在类下创建的设备！不过真正的设备节点在/dev目录下面，通过命令：ls /dev/led_device可以查看到！需要注意的是，我们在编写应用程序的时候，open函数里面的设备名字要跟驱动里面device_create指定的设备名字相一致！但是，系统做了什么呢？在开发板的/etc/init.d/rcS文件里面有如下的信息：echo /sbin/mdev & /proc/sys/kernel/hotplugmdev -s这两行信息就是说，一旦发生了热插拔事件（比如创建了类，在类下创建了设备），就会调用/sbin/mdev命令，mdev命令会通过环境变量中的 ACTION 和 DEVPATH来判断此次热插拔事件影响了/sys目录下的那个文件，一旦发现了这个文件，就会进入这个文件里面去查找dev的属性文件，并根据属性创建设备节点！比如我们加载驱动的的时候，会在&/sys/class/目录下创建类，在&/sys/class/led_class目录下创建设备，在/sys/class/led_class目录下有个dev文件，dev文件里面就有设备的主次设备号，mdev就会根据主次设备号在/dev/目录下创建设备节点！
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历史上的今天
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