Linux驱动开发之主设备号找驱动，次设备号找设备

灰色浪漫939 2014-01-20

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Linux驱动开发之主设备号找驱动，次设备号找设备

原创作品，转载时请务必以超链接形式标明文章原始出处:http://blog.csdn.net/gqb666/article/details/8805179,作者:gqb666

一、引言

最近成都地震令大家心神不宁，可能过了今天就没明天了，早打算写的东西导致现在才发出来。不禁感叹：在自然灾害面前，人是那么渺小，人面对自然灾害就好像脚下的蚂蚁面对人，人不经意间就能踩死一片蚂蚁，自然灾害不经意间就能埋藏一批人。所以，我们活着的人要珍惜眼前人，善待眼前人。

言归正传，很久前接触linux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）的指针或者多个次设备驱动程序组成的数组的指针（次设备共享主设备号）。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作为索引的数组来找到次设备驱动程序。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

来看内核中一个简单的字符设备驱动的例子，其主设备号为1，根据LANANA标准，该设备有10个不同的次设备号。每个都提供了一个不同的功能，这些都与内存访问操作有关。下面列出一些从设备号，以及相关的文件名和含义。

表1 用于主设备号1的各个从设备号
从设备号文件含义
1 /dev/mem 物理内存
2 /dev/kmem 内核虚拟地址空间
3 /dev/null 比特位桶
4 /dev/port 访问I/O端口
5 /dev/zero WULL字符源
8 /dev/random 非确定性随机数发生器

一些设备是我们熟悉的，特别是/dev/null。根据设备描述我们可以很清楚，尽管这些从设备都涉及到内存访问，但所实现功能有很大差别。然后来看下图1中主设备号为1的memory_fops中定义了哪些函数指针。代码如下：

driver/char/mem.c

static const struct file_operations memory_fops = {
	.open = memory_open,
	.llseek = noop_llseek,
};

其中函数memory_open最为关键 ,其作用是根据次设备号找到次设备的驱动程序。

static int memory_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	int minor;
	const struct memdev *dev;

	minor = iminor(inode); /* get the minor device number commented by guoqingbo */
	if (minor >= ARRAY_SIZE(devlist))
		return -ENXIO;

	dev = &devlist[minor];/* select the specific file_operations */
	if (!dev->fops)
		return -ENXIO;

	filp->f_op = dev->fops;
	if (dev->dev_info)
		filp->f_mapping->backing_dev_info = dev->dev_info;

	/* Is /dev/mem or /dev/kmem ? */
	if (dev->dev_info == &directly_mappable_cdev_bdi)
		filp->f_mode |= FMODE_UNSIGNED_OFFSET;

	if (dev->fops->open)  //open the device
		return dev->fops->open(inode, filp);

	return 0;
}

该函数用到的图1中的devlist数组定义如下：

static const struct memdev {
	const char *name;
	mode_t mode;
	const struct file_operations *fops;
	struct backing_dev_info *dev_info;
} devlist[] = {
	 [1] = { "mem", 0, &mem_fops, &directly_mappable_cdev_bdi },
#ifdef CONFIG_DEVKMEM
	 [2] = { "kmem", 0, &kmem_fops, &directly_mappable_cdev_bdi },
#endif
	 [3] = { "null", 0666, &null_fops, NULL },
#ifdef CONFIG_DEVPORT
	 [4] = { "port", 0, &port_fops, NULL },
#endif
	 [5] = { "zero", 0666, &zero_fops, &zero_bdi },
	 [7] = { "full", 0666, &full_fops, NULL },
	 [8] = { "random", 0666, &random_fops, NULL },
	 [9] = { "urandom", 0666, &urandom_fops, NULL },
	[11] = { "kmsg", 0, &kmsg_fops, NULL },
#ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
	[12] = { "oldmem", 0, &oldmem_fops, NULL },
#endif
};

通过上面代码及图1可看出，memory_open实际上实现了一个分配器（根据次设备号区分各个设备，并且选择适当的file_operations）,图2说明了打开内存设备时，文件操作是如何改变的。所涉及的函数逐渐反映了设备的具体特性。最初只知道用于打开设备的一般函数，然后由打开与内存相关设备文件的具体函数所替代。接下来根据选择的次设备号，进一步细化函数指针，为不同的次设备号最终选定函数指针。