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从misc子系统到3+2+1设备识别驱动框架

2019年10月12日 文章来源:网络整理 热度:181℃ 作者:刘英

misc子系统在Linux中是一个非常简单的子系统,但是其清晰的框架结构非常适合用来研究设备识别模型。本文从misc子系统的使用出发,通过了解其机制来总结一套的设备识别的驱动框架,即使用使用同一个驱动,向上提供多个设备文件接口,向下控制多个(相应的)设备,这就需要该驱动可以根据不同的设备文件来控制与之相应的设备。

misc的使用

Linux 中有三大类设备:字符,网络,块设备,每一种设备又细分为很多类,比如字符设备就被预先分为很多种类,并在文件中标记了这些种类都使用了哪个主设备号,但即便如此,硬件千千万,总还是有漏网之鱼,对于这些难以划分类别的字符设备,Linux中使用"混杂",设备来统一描述,并分配给他们一个共同的主设备号10,只用此设备号进行区分设备,,这些设备主要包括随机数发生器,LCD,时钟发生器等。此外,和很多同样是对cdev进行再次封装的子系统一样,misc也会自动创建设备文件,免得每次写cdev接口都要使用class_create()和device_create()等。

内核中提供的misc对象:

//include/linux/miscdevice.h 55 struct miscdevice { 56 int minor; 57 const char *name; 58 const struct file_operations *fops; 59 struct list_head list; 60 struct device *parent; 61 struct device *this_device; 62 const char *nodename; 63 umode_t mode; 64 };

我们只要像字符设备一样实现fops接口再给一个minor即可,如果minor使用宏MISC_DYNAMIC_MINOR(其实就是255),内核会自动分配一个次设备号,其他的内核已经实现约定好的次设备号可以参考"include/linux/miscdevice.h"。万事具备之后只需使用下面的API注册/注销到内核

178 int misc_register(struct miscdevice * misc)238 int misc_deregister(struct miscdevice *misc)

misc的分析

misc的使用是不是很简单?但麻雀虽小五脏俱全,正是因为misc精简的结构,我们可以很容易的抓到其中体现的分层思想,misc的设计方法体现在很多使用cdev作为接口的子系统,而其中的清晰的分层思想更是Linux驱动的两大支柱之一(另外一个是分离)。我们可以借鉴其中的设计思路,提升我们的驱动程序的质量。下面,我们简单的分析一下misc的内部机制。

misc_init

作为Linux的一个子系统,misc子系统在Linux启动过程中就会完成准备工作,主要包括初始化数据结构,创建相应的class,创建、初始化并注册cdev对象到内核等。有了这些基础,我们就可以使用misc的众多好处进行编程。

//drivers/char/misc.c56 staTIc const struct file_operaTIons misc_fops = {157 .owner = THIS_MODULE,158 .open = misc_open,159 .llseek = noop_llseek,160 };268 staTIc int __init misc_init(void)269 {272 #ifdef CONFIG_PROC_FS273 proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);274 #endif275 misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");281 if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))282 goto fail_printk;283 misc_class->devnode = misc_devnode;284 return 0;292 }293 subsys_initcall(misc_init);

misc_init()
--293-->系统启动的过程中就会初始化misc子系统
--273-->根据系统配置,可能需要提供/proc接口
--275-->在/sysfs中创建一个类,名为misc
--281-->使用静态主设备号(10)、封装好的方法集misc_fops,register_chrdev()内部会创建一个cdev对象并使用这两个参数将其初始化并注册到内核,这个cdev对象将负责所有的混杂设备的设备号。关于cdev对象和设备号之间的关系参见cdev_map。
--158-->misc的cdev对象使用的fops,显然,至此和普通字符设备的调用过程一样,chrdev_open()->misc_open()。

misc_register

接下来,老规矩,我们从"XXX_register"开始分析,在Linux内核中,这些"XXX_register"往往就是一个设备对象注册到内核的接口,是研究当相应对象注册进去之后内核动作的最佳入口。

178 int misc_register(struct miscdevice * misc)179 { 180 dev_t dev;187 if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {188 int i = find_first_zero_bit(misc_minors, DYNAMIC_MINORS);193 misc->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;194 set_bit(i, misc_minors);195 } 206 dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);208 misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,209 misc, "%s", misc->name);210 if (IS_ERR(misc->this_device)) {211 int i = DYNAMIC_MINORS - misc->minor - 1;212 if (i < DYNAMIC_MINORS && i >= 0)213 clear_bit(i, misc_minors);214 err = PTR_ERR(misc->this_device);216 }222 list_add(&misc->list, &misc_list);226 }

misc_register()
--187--> 如果指定的minor是动态分配,那么进入相关语句块。
--188--> 使dev用位图遍历API-find_first_zero_bit找到最小未用的设备号。
--193--> 得到分配好的次设备号。
--208--> (根据设备号)创建设备文件,使用的是misc_init中创建的misc_class,至此就可以实现misc设备文件的自动创建。就相当与我们在纯粹的cdev驱动中使用class_create()+device_create()创建设备文件。一个设备文件和一个设备号相联系,而misc的所有的设备号都和misc_init创建的cdev对象相联系,所以打开的任何一个misc设备文件首先回调的就是(chrdev_open()->)misc_open()。
--222--> 关键,将这个新分配的misc加入到misc链表中,用于管理所有的misc设备,便于misc_open()提取具体设备的fops。

misc_open

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