学习linux基础入门教程，Linux把设备纳入文件系统的范畴来管理。每个设备在Linux系统上看起来都像一个文件，它们存放在/dev目录中，称为"设备节点"或“设备文件”。

每当用户程序要访问某个设备时，通过系统调用，内核根据设备结点的信息调用相应的驱动程序。当驱动程序执行完后，又返回至用户进程。 

应用层与驱动层层次结构框图

每一个字符设备都有自己的底层操作函数；也就是说每一个设备都对应着自己的file_operations结构体；

那么打开的文件file->f_op指针应该指向那一个file_operations结构体呢？或者说 file->f_op怎样找到对应的file_operations呢？

这跟打开的设备文件里面的信息有关。

通过分析字符设备的代码来了解其核心过程

-字符设备的源码在文件 fs/char_dev.c中，包括设备号申请函数，cdev注册函数都在这个文件里面实现。

申请设备号的过程分析

-设备号的注册或自动分配函数是下面两个

alloc_chrdev_region()

register_chrdev_region()

-两个函数都会调用__register_chrdev_region()函数；这个函数完成如下操作：

如果是自动分配设备号

在全局数组chrdevs[ ]中找到一个空位，这个空位的数组下标就是主设备号；设置这个空位。

如果是直接注册设备号

以主设备号为下标，找到数组chrdevs[ ]中的成员，设置这个成员；

-全局数组chrdevs[]当前的成员数为255，下标从0-254，也就是说，当前内核的字符设备主设备号范围 0-254.

 

注册cdev分析

-cdev结构的注册分两步，步是初始化cdev结构；第二步是注册。cdev_add()函数分析如下：

内核使用一个数据结构cdev_map来记录系统中所有的字符设备（cdev）;

而设备号的维护是由全局chrdevs[]来完成的；

在驱动模块入口函数中：

-申请设备号：就是在数组chrdevs[]中找一个空位；

-注册字符设备：就是将cdev添加到cdev_map中；

 

字符设备注册过程如下图：

linux基础入门教程：open系统调用分析

-open系统调用的实现在fs/open.c文件中

do_filp_open()函数经过重重调用，会调用vfs_select_inode 和do_dentry_open

do_filp_open()

path_openat

do_last

vfs_open

inode = vfs_select_inode  //获取文件的inode信息

do_dentry_open

//将inode->i_fop拷贝给f->f_op

f->f_op = fops_get(inode->i_fop);

 

//调用inode->i_fop->open

open = f->f_op->open;

open(inode, f);

 

inode对应一个文件；我们在创建一个设备文件时，就是创建一个inode；

在用户空间创建设备文件时，对应的inode->i_fop指向fs/char_dev.c中的def_chr_fops，def_chr_fops的成员open指向chrdev_open()函数。

 

open系统调用的层次如下

chrdev_open函数分析

open系统调用的总体过程如下图：

 

从上面分析字符设备的框架我们可以得出以下结论：

编写字符设备驱动程序的流程如下：

编写底层操作函数

在全局数据结构chr_devs中找到一个空位；（申请设备号）

将底层操作函数的集合填到cdev_map结构中；（注册cdev）

以上就是粤嵌linux基础入门教程之字符设备驱动框架分析，欢迎大家来粤嵌一起学习交流。