Linux字符设备驱动（转载）

字符设备是指在I/O传输过程中以字符为单位进行传输的设备，例如键盘，打印机等。请注意，以字符为单位并不一定意味着是以字节为单位，因为有的编码规则规定，1个字符占16比特，合2个字节。 　　在UNIX系统中，字符设备以特别文件方式在文件目录树中占据位置并拥有相应的i结点。i结点中的文件类型指明该文件是字符设备文件。可以使用与普通文件相同的文件操作命令对字符设备文件进行操作，例如打开、关闭、读、写等 字符设备是最基本、最常用的设备。概括的说，字符设备驱动主要要做三件事：1、定义一个结构体static struct file_operations变量，其内定义一些设备的打开、关闭、读、写、控制函数；2、在结构体外分别实现结构体中定义的这些函数；3、向内核中注册或删除驱动模块 Linux字符设备驱动是操作系统内核与硬件交互的重要组成部分，它允许应用程序通过标准的文件操作接口与特定的硬件设备进行通信。在Linux系统中，字符设备是按照字符流进行数据传输的设备，比如键盘和打印机。虽然通常情况下字符设备的数据单位是字节，但也可能根据编码规则的不同，如UTF-16，一个字符可能占用两个字节。 字符设备在文件系统中表现为特殊的文件，它们有自己的i节点，文件类型标记表明它们是字符设备文件。这些设备文件可以像普通文件一样被打开、关闭、读取和写入。字符设备驱动主要负责以下三个方面的工作： 1. 定义`file_operations`结构体：这个结构体包含了与设备交互的各种操作函数指针，如`open`、`close`、`read`、`write`以及`ioctl`等。这些函数指针告诉内核如何处理对设备的特定操作。 2. 实现函数：针对`file_operations`结构体中定义的每个函数，需要在驱动程序中编写具体的实现。例如，`open`函数用于初始化设备，确保设备准备就绪，并处理多个进程同时访问的同步问题；`release`函数在关闭设备时执行，释放设备资源和清理操作；`read`函数用于从设备读取数据，`write`函数用于向设备写入数据。 3. 注册和注销驱动：驱动程序需要在系统启动时通过`register_chrdev`函数注册到内核，以便内核知道如何处理对设备的请求。当不再需要驱动时，通过`unregister_chrdev`函数注销，确保资源的有效管理。 在上述的简单例子中，创建了一个名为“gobalvar”的虚拟字符设备，它有一个4字节的全局变量`global_var`。设备的驱动程序通过`gobalvar_init`初始化，注册设备到内核，并定义`file_operations`结构体`gobalvar_fops`。当模块被加载时，`gobalvar_init`被调用，调用`register_chrdev`注册设备。同样，`gobalvar_exit`函数用于卸载设备时调用`unregister_chrdev`。 对于更复杂的设备，`file_operations`结构体可能会包含更多的函数，如`ioctl`用于处理设备特有的控制命令，`llseek`用于设置文件指针的位置，`poll`用于支持非阻塞I/O等。驱动程序开发者需要根据实际设备的需求实现这些函数。 Linux字符设备驱动是连接用户空间应用和硬件设备的桥梁，它实现了设备的抽象化，使得应用程序可以以统一的方式与各种不同的硬件设备进行交互。理解并掌握字符设备驱动的原理和实现方法，对于进行系统级编程和硬件开发至关重要。