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4.1 scull的设计

scull字符设备的驱动将默认对应4个scull设备（文件），分别为scull0到scull3。开发者可以通过在编译时、加载时或运行时的不同方式来改变scull设备的数量。后续将详细说明每种方式的具体操作。

4.2 字符设备的主、次设备号

字符设备的存取依赖于其在文件系统中的名称，类似于普通文件的存取。通过ls -l /dev命令可以查看/dev目录中的设备信息。第1列的字母表示设备类型（c表示字符设备），第5列的数字分别表示主设备号和次设备号。主设备号用于连接设备驱动，现代Linux系统通常允许多个驱动共享同一主设备号，但大部分情况下一个主设备号对应一个驱动。

4.2.1 设备号的内部表示

设备号在内核中用dev_t类型表示。随着内核版本的变化，设备号的实际类型和主次设备号的位分布也可能发生变化。因此，不能简单地将设备号视为某个特定类型。头文件<linux/kdev_t.h>提供了辅助宏来管理设备号：

• MAJOR(dev_t dev)：获取设备的主设备号
• MINOR(dev_t dev)：获取设备的次设备号
• MKDEV(int major, int minor)：构造dev_t，根据指定的主次设备号

4.2.2 设备号的分配与释放

设备号由内核统一管理，字符设备驱动需要向系统申请设备号。分配方式分为静态和动态两种：

• 静态申请设备号：调用register_chrdev_region函数，参数first为申请的第一个设备号，count为要申请的连续设备号个数，name为设备号区间的名称。函数返回0表示成功，负数表示失败。

• 动态申请设备号：调用alloc_chrdev_region函数，参数dev指向申请返回的设备号，firstminor指定第一个从设备号，count为要申请的设备号个数，name为设备号区间的名称。函数返回0表示成功，负数表示失败。

设备号申请后必须及时释放，通常在设备驱动模块的退出函数中调用unregister_chrdev_region函数。

4.2.3 动态分配主设备号

部分主设备号已被预先分配给通用设备，开发者可以通过查看Documentation/devices.txt文档获取预分配的主设备号。动态分配方式的优点是可以灵活获取设备号，但需要确保设备号的唯一性和可用性。通过/proc/devices文件可以查看当前分配的主设备号。

4.2.4 scull模块的加载与卸载

为了测试scull驱动，通常需要手动加载或卸载scull模块。开发者可以使用脚本实现：

• 加载scull模块：

#!/bin/shinsmod ./scull.komknod /dev/scull0 c `awk "$module" { print $1 }" /proc/devices | head -n1`mknod /dev/scull1 c $major 1mknod /dev/scull2 c $major 2mknod /dev/scull3 c $major 3chmod -sf scull0 /dev/scull0chgrp bill /dev/scull[0-3]

• 卸载scull模块：

#!/bin/shrmmod scullrm -f /dev/scull[0-3]

另外，Linux提供了模块的自动加载机制。开发者可以通过以下步骤实现：

sudo cp scull.ko /lib/modules/`uname -r`/kernel/drivers/char/scull.ko

2. 在/etc/modules文件中添加模块名称：

sudo vi /etc/modules

添加行：

scull

3. 重启系统后，检查模块是否已加载：

lsmod

4. 也可以通过编写初始化脚本实现模块的自动加载：

#!/bin/shmodprobe scull

并创建脚本的软链接：

sudo ln -s /etc/init.d/scull /etc/rcS.d/Sscull

4.3 字符设备的重要数据结构

在开发字符设备驱动前，需要了解以下关键数据结构：

• struct file_operations：定义在<linux/fs.h>中，描述文件操作接口。字符设备通常将大多数成员置为NULL，如readdir、poll等，因为这些操作不适用于字符设备。
• struct file：定义在<linux/fs.h>中，描述打开的文件描述符。成员包括：
  • f_mode：文件模式（读写权限）。
  • f_flags：文件标志（非阻塞、同步等）。
  • f_op：文件操作接口。
  • f_private_data：文件自定义数据。
• struct inode：定义在<linux/fs.h>中，描述文件系统中的文件节点。成员包括：
  • i_rdev：设备文件的设备号。
  • i_bdev：块设备指针。
  • i_cdev：字符设备指针。

4.4 字符设备注册

4.4.1 字符设备的分配与初始化

字符设备通过struct cdev结构体描述。可以通过静态或动态方式分配字符设备结构：

• 动态分配：

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

• 静态分配：

cdev_init(&my_cdev, &my_fops);

4.4.2 挂接字符设备到内核

调用cdev_add函数将字符设备挂接到内核：

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

注意：字符设备在被挂接后可能立即进入使用，必须确保所有准备工作完成。

4.4.3 从内核删除字符设备

调用cdev_del函数移除字符设备：

void cdev_del(struct cdev *p);

4.5 scull字符设备的实现

scull字符设备是对内存的操作，不依赖于具体硬件，因此可以在任何支持虚拟化的操作系统上测试。其核心功能包括：

• 提供四个设备文件（scull0到scull3）。
• 支持读写操作，数据通过内存映射实现。
• 提供同步机制（fsync、fasync）。
• 支持异步I/O操作（aio_read、aio_write）。

通过以上步骤，可以实现一个功能完善的scull字符设备驱动。

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