register_chrdev函数详解

一、register_chrdev基本介绍

register_chrdev函数是Linux设备驱动程序中非常重要的函数，它用于动态地分配主设备号和次设备号，并将主设备号和设备驱动程序所用的file_operations结构体绑定在一起。其基本的函数原型如下所示：

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops);

其中major表示主设备号，如果它被设置为0，则表示系统自动分配主设备号。name为设备名称，通常为设备驱动程序的名称。fops为设备驱动程序的操作函数指针，它包含了所有与设备相关的操作函数。

二、register_chrdev函数详解

1. register_chrdev函数的返回值

当register_chrdev函数成功被调用时，它会返回分配的主设备号，否则会返回一个负数，表示分配失败。当主设备号被成功分配后，你就可以在file_operations结构体中使用这个主设备号了。

下面给出一个简单的示例代码，用于演示如何调用register_chrdev函数并检查它的返回值：

#include <linux/fs.h>
#define MY_MAJOR 0

static int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "mydev open\n");
    return 0;
}

static int mydev_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "mydev release\n");
    return 0;
}

static struct file_operations mydev_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = mydev_open,
    .release = mydev_release,
};

static int __init mydev_init(void)
{
    int ret;
    
    ret = register_chrdev(MY_MAJOR, "mydev", &mydev_fops);
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "failed to register chrdev: %d\n", ret);
        return ret;
    }
    printk(KERN_INFO "mydev initialized: %d\n", MAJOR);
    return 0;
}

static void __exit mydev_exit(void)
{
    unregister_chrdev(MY_MAJOR, "mydev");
    printk(KERN_INFO "mydev exited\n");
}

module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

通过上述代码我们可以看到，在init函数中会调用register_chrdev函数，并检查返回值是否小于0。如果返回值小于0，则说明分配主设备号失败。如果分配成功，则可以在设备文件操作函数中使用该主设备号了。

2. register_chrdev与cdev_add函数

register_chrdev函数只是为设备分配主设备号，并将设备文件操作函数与主设备号绑定。在这个过程中，并没有创建真正的设备文件，也没有分配次设备号。这时候代码是不能直接使用文件系统访问设备的。为了在用户态能够访问设备文件，需要使用cdev_add函数手动在内核中创建设备文件节点，绑定主设备号和次设备号，同时初始化file_operations结构体，例如：

struct cdev mycdev;    // 创建一个cdev对象

int ret = register_chrdev(MY_MAJOR, "mydev", &mydev_fops); // 注册设备，然后得到主设备号
cdev_init(&mycdev, &mydev_fops);                // 初始化cdev对象，设置mydev_fops结构体
mycdev.owner = THIS_MODULE;

ret = cdev_add(&mycdev, MKDEV(MY_MAJOR, 0), 1); // 在内核中创建设备文件节点，并绑定主设备号和次设备号

通过上面的代码，我们可以使用该文件操作函数，来访问到我们的设备，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    int fd;
    fd = open("/dev/mydev", O_RDWR);
    if (fd == -1)
        printf("failed to open\n");
    else
        printf("success to open\n");
    close(fd);
    return 0;
}

通过上面的代码，我们可以发现，我们已经成功地访问到了我们的设备了，大家可以尝试编译运行一下哦！

3. register_chrdev_region函数

在引入udev后，为了方便使用，我们需要对设备驱动程序编写更严格的规范。register_chrdev_region函数是其中的一个重要函数。在 register_chrdev_region函数中，使用MKDEV函数构造出设备号devno，分配一段设备号区间，并与设备驱动程序的结构体绑定。这样udev就可以自动地为该设备驱动程序创建设备文件节点了。下面是一段示例代码：

static int mydev_init(void)
{
    int ret;
    dev_t devno;

    if (MY_MAJOR) {         // 必须显式地分配主设备号才能使用register_chrdev_region函数
        devno = MKDEV(MY_MAJOR, 0);
        ret = register_chrdev_region(devno, 1, "mydev");
    } else {
        ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "mydev");
    }

    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ERR "failed to register chrdev: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    cdev_init(&mycdev, &mydev_fops);
    mycdev.owner = THIS_MODULE;

    ret = cdev_add(&mycdev, devno, 1);
    if (ret < 0) {
        unregister_chrdev_region(devno, 1);
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "mydev initialized: %d\n", MAJOR);
    return 0;
}

static void __exit mydev_exit(void)
{
    cdev_del(&mycdev);
    unregister_chrdev_region(MKDEV(MY_MAJOR, 0), 1);
    printk(KERN_INFO "mydev exited\n");
}

module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4. register_chrdev与class_create函数

class_create函数是对udev库的简单封装，用于创建设备类，和初始化设备的属性。多个设备驱动程序共用一个设备类。register_chrdev函数中可能涉及到设备的类型，比如常见的字符设备类型是 “cdev”。在设备创建完成后，我们通过class_create定义一个新的设备类，然后通过register_chrdev_register API注册该设备。如下所示：

struct class *myclass;

static int mydev_init(void)
{
    int ret;
    dev_t devno;

    // ...省略部分代码
    if (!MY_MAJOR) {
        MY_MAJOR = MAJOR(devno);
    }

    myclass = class_create(THIS_MODULE, "mydev");
    if (IS_ERR(myclass)) {
        unregister_chrdev_region(devno, 1);
        return PTR_ERR(myclass);
    }

    device_create(myclass, NULL, devno, NULL, "mydev");
    return 0;
}

static void __exit mydev_exit(void)
{
    device_destroy(myclass, MKDEV(MY_MAJOR, 0));
    class_destroy(myclass);
    cdev_del(&mycdev);
    unregister_chrdev_region(MKDEV(MY_MAJOR, 0), 1);
    printk(KERN_INFO "mydev exited\n");
}

module_init(mydev_init);
module_exit(mydev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

上面的代码中，我们对class_create函数进行了 wrap，并通过device_create API注册了对应的设备信息。