register_chrdev函數詳解

一、register_chrdev基本介紹

register_chrdev函數是Linux設備驅動程序中非常重要的函數，它用於動態地分配主設備號和次設備號，並將主設備號和設備驅動程序所用的file_operations結構體綁定在一起。其基本的函數原型如下所示：

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

其中major表示主設備號，如果它被設置為0，則表示系統自動分配主設備號。name為設備名稱，通常為設備驅動程序的名稱。fops為設備驅動程序的操作函數指針，它包含了所有與設備相關的操作函數。

二、register_chrdev函數詳解

1. register_chrdev函數的返回值

當register_chrdev函數成功被調用時，它會返回分配的主設備號，否則會返回一個負數，表示分配失敗。當主設備號被成功分配後，你就可以在file_operations結構體中使用這個主設備號了。

下面給出一個簡單的示例代碼，用於演示如何調用register_chrdev函數並檢查它的返回值：

#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");

通過上述代碼我們可以看到，在init函數中會調用register_chrdev函數，並檢查返回值是否小於0。如果返回值小於0，則說明分配主設備號失敗。如果分配成功，則可以在設備文件操作函數中使用該主設備號了。

2. register_chrdev與cdev_add函數

register_chrdev函數只是為設備分配主設備號，並將設備文件操作函數與主設備號綁定。在這個過程中，並沒有創建真正的設備文件，也沒有分配次設備號。這時候代碼是不能直接使用文件系統訪問設備的。為了在用戶態能夠訪問設備文件，需要使用cdev_add函數手動在內核中創建設備文件節點，綁定主設備號和次設備號，同時初始化file_operations結構體，例如：

struct cdev mycdev;    // 創建一個cdev對象

int ret = register_chrdev(MY_MAJOR, "mydev", &mydev_fops); // 註冊設備，然後得到主設備號
cdev_init(&mycdev, &mydev_fops);                // 初始化cdev對象，設置mydev_fops結構體
mycdev.owner = THIS_MODULE;

ret = cdev_add(&mycdev, MKDEV(MY_MAJOR, 0), 1); // 在內核中創建設備文件節點，並綁定主設備號和次設備號

通過上面的代碼，我們可以使用該文件操作函數，來訪問到我們的設備，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;
}

通過上面的代碼，我們可以發現，我們已經成功地訪問到了我們的設備了，大家可以嘗試編譯運行一下哦！

3. register_chrdev_region函數

在引入udev後，為了方便使用，我們需要對設備驅動程序編寫更嚴格的規範。register_chrdev_region函數是其中的一個重要函數。在 register_chrdev_region函數中，使用MKDEV函數構造出設備號devno，分配一段設備號區間，並與設備驅動程序的結構體綁定。這樣udev就可以自動地為該設備驅動程序創建設備文件節點了。下面是一段示例代碼：

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

    if (MY_MAJOR) {         // 必須顯式地分配主設備號才能使用register_chrdev_region函數
        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與class_create函數

class_create函數是對udev庫的簡單封裝，用於創建設備類，和初始化設備的屬性。多個設備驅動程序共用一個設備類。register_chrdev函數中可能涉及到設備的類型，比如常見的字符設備類型是 “cdev”。在設備創建完成後，我們通過class_create定義一個新的設備類，然後通過register_chrdev_register API註冊該設備。如下所示：

struct class *myclass;

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

    // ...省略部分代碼
    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");

上面的代碼中，我們對class_create函數進行了 wrap，並通過device_create API註冊了對應的設備信息。