Linux——驱动——杂项设备

一、杂项设备驱动

1、概念

杂项设备（Miscellaneous Devices）在Linux内核中是一种特殊的设备类型，用于表示那些不适合被归类为其他标准设备类型的设备。这些设备通常具有不规则的特性和非标准的通信协议或接口。

2、操作流程

杂项设备注册过程

寻找未使用的次设备号（可选）：
- 当注册杂项设备时，如果调用者没有指定次设备号（即指定为MISC_DYNAMIC_MINOR），内核将自动在misc_minors数组中查找一个未使用的次设备号。这个数组用于跟踪哪些次设备号已经被占用。
- 如果指定了次设备号，内核将检查该次设备号是否已被占用。
将新的杂项设备挂在misc_list链表中：
- 一旦找到了可用的次设备号（或者如果次设备号已经被指定且可用），内核就会将新的杂项设备添加到全局的misc_list链表中。这个链表包含了所有已注册的杂项设备。
新建设备：
- 内核会为新注册的杂项设备在/dev目录下创建一个设备节点（除非使用udev等动态设备管理系统）。设备节点的名称通常基于设备的名称或驱动程序提供的其他信息。
- 设备的主设备号固定为10，次设备号是新分配的或指定的那个。

杂项设备调用过程

(1)应用程序打开杂项设备节点：

用户空间的应用程序通过标准的系统调用（如open()）打开/dev目录下的杂项设备节点。

(2)内核识别杂项设备：

当open()系统调用到达内核时，内核会根据设备的主设备号（10）识别出这是一个杂项设备。

(3)调用杂项设备的misc_open（实际上是fops->open）：

内核并不直接调用misc_open函数（因为这样的函数并不存在）。相反，它会根据杂项设备在misc_list链表中注册时提供的fops（即file_operations结构体）中的open函数指针来调用相应的打开函数。

这里的fops是设备操作函数集，包含了open、read、write、release等函数指针，分别对应于用户空间程序对设备的打开、读取、写入和关闭等操作。

(4)在misc_list链表中找出设备（实际上是通过次设备号进行匹配）：

虽然这里提到了在misc_list链表中找出设备，但实际上这个过程是在内核内部完成的，通常是通过inode结构体的i_rdev字段（它包含了设备的主设备号和次设备号）来匹配并找到对应的杂项设备。

(5)将设备的fops赋值给文件结构体struct file *file：

一旦找到了对应的杂项设备，内核就会将该设备的fops（即设备操作函数集）赋值给表示打开文件的struct file结构体中的f_op字段。这样，后续的用户空间操作（如读取、写入）就会通过这个f_op指针来调用相应的设备操作函数。

二、相关函数介绍

misc的结构体

1、注册杂项设备

int misc_register(struct miscdevice *misc);

功能：
该函数用于向内核注册一个杂项设备。注册成功后，该设备将在/dev目录下创建相应的设备节点，用户空间程序可以通过标准的文件操作接口来访问该设备。

参数：

struct miscdevice *misc：指向杂项设备结构体的指针，该结构体包含了设备的次设备号、名称、操作函数指针等信息。

返回值：

成功时返回0。
失败时返回负的errno代码，表示注册过程中发生的错误。

注意：

杂项设备的主设备号是固定的（通常为10），次设备号可以指定，但也可以设置为MISC_DYNAMIC_MINOR，让内核自动分配次设备号。
在注册杂项设备时，需要填写struct miscdevice结构体中的各个字段，特别是操作函数指针fops，它指向一个包含设备操作函数的struct file_operations结构体。

函数源代码

static int __init misc_init(void)
{   int err;   
#ifdef CONFIG_PROC_FS   /*创建一个proc入口项*/  proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);                   
#endif   /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/  misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");   err = PTR_ERR(misc_class);   if (IS_ERR(misc_class))   goto fail_remove;   err = -EIO;  /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/   if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))   goto fail_printk;   return 0;   fail_printk:   printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);   class_destroy(misc_class);   
fail_remove:   remove_proc_entry("misc", NULL);   return err;   
} 
/*misc作为一个子系统被注册到linux内核中,系统开机后会自动调用misc_init*/  
subsys_initcall(misc_init);

2、注销杂项设备

函数原型

int misc_deregister(struct miscdevice *misc);

功能：
该函数用于注销之前使用misc_register()成功注册的杂项设备。注销后，该设备在/dev目录下的设备节点将被删除，用户空间程序将无法再通过该文件节点访问该设备。

参数：

struct miscdevice *misc：指向要注销的杂项设备结构体的指针。

返回值：

成功时返回0。
失败时返回负的errno代码，表示注销过程中发生的错误。

注意：

在注销杂项设备之前，应确保没有用户空间程序正在使用该设备，以避免出现数据丢失或系统不稳定的情况。
注销杂项设备是驱动模块卸载过程中的一个重要步骤，它确保了系统资源的正确释放和设备的正确关闭。

函数源代码

int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
{int i = misc->minor;//取得设备此设备号if (list_empty(&misc->list))return -EINVAL;mutex_lock(&misc_mtx);list_del(&misc->list);//将misc从misc_list链表中取出device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));//将/dev目录下的相应设备清除if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));//位图相应为置0}mutex_unlock(&misc_mtx);return 0;
}

三，具体实现

(1)设置结构体

（2）注册以及错误处理

（3）关于错误返回值

（4）代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/string.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <asm-generic/errno-base.h>#define DEV_NAME "led"
#define GPBCON 0x56000010
#define GPBDAT 0x56000014static volatile unsigned long * gpbcon;
static volatile unsigned long * gpbdat;static void init_led(void)						
{// 配置GPB5引脚功能为输出*gpbcon &= ~(0xff << 10);*gpbcon |= (0x55 << 10);// 将GPB5引脚电平置高*gpbdat |= (0xf << 5);
}static void led_on(void)
{// 将GPB5引脚电平置低*gpbdat &= ~(0xf << 5);
}static void led_off(void)
{// 将GPB5引脚电平置高*gpbdat |= (0xf << 5);
}static int open (struct inode * inode, struct file * file)
{init_led();printk("led open ...\n");return 0;
}static ssize_t read (struct file * file, char __user * buf, size_t len, loff_t * offset)
{//copy_to_user(buf, data, len);printk("led read ...\n");return 0;
}static ssize_t write (struct file * file, const char __user * buf, size_t len, loff_t * offset)
{unsigned char data[12] = {0};size_t len_cp = sizeof(data) < len ? sizeof(data) : len;copy_from_user(data, buf, len_cp);if(!strcmp(data, "ledon"))led_on();else if(!strcmp(data, "ledoff"))led_off();elsereturn -EINVAL;printk("led write ...\n");return len_cp;
}static int close (struct inode * inode, struct file * file)
{printk("led close ...\n");return 0;
}static struct file_operations fops = 
{.owner = THIS_MODULE,.open = open,.read = read,.write = write,.release = close
};static struct miscdevice misc = 
{.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,.name = DEV_NAME,.fops = &fops
};static int __init led_init(void)
{int ret = misc_register(&misc);if(ret < 0)goto err_misc_register;gpbcon = ioremap(GPBCON, sizeof(*gpbcon));gpbdat = ioremap(GPBDAT, sizeof(*gpbdat));printk("led_init  ...\n");return ret;err_misc_register:misc_deregister(&misc);printk("led misc_register failed\n");	return ret;
}static void __exit led_exit(void)
{iounmap(gpbcon);iounmap(gpbdat);misc_deregister(&misc);printk("led_exit  ###############################\n");
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");