第一步：编写globalvar.c文件。主要包括：open、release、read、write、init和exit方法的编写；
第二步：编写Makefile文件，然后编译globalvar.c；
第三步：insmod加载模块，并生成设备节点mknod。（此步有两种方法）；
第四步：编写测试文件test.c并编译成a.out后即可进行设备的读写测试。
在此，希望各位读者不要直接复制我的代码，至少按照我的代码敲一遍，关键是理解才行。我们的学习才刚刚开始，与诸位共勉！！！
### Linux字符驱动设备学习笔记详解
#### 一、概述
在Linux系统中，所有的设备都被抽象成文件形式，用户可以通过类似文件操作的方式来控制硬件设备。根据数据传输方式的不同，Linux设备主要分为两类：字符设备和块设备。字符设备通常用于处理以字符流形式的数据输入/输出，例如串行端口或键盘；而块设备则是以固定大小的数据块来传输数据，如硬盘或固态硬盘。
本文档基于一个简单的字符设备示例——`globalvar`来进行讲解，该设备的核心功能是通过内核模块实现对一个全局变量`int global_var`的管理。通过一系列步骤，我们将了解如何编写驱动程序，编译模块，以及如何使用该设备。
#### 二、准备工作
1. **创建globalvar.c文件**
在终端中，首先进入工作目录，并使用文本编辑器创建`globalvar.c`文件。以下是`globalvar.c`文件的主要代码框架：
```c
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
int globalvar_open(struct inode *, struct file *);
int globalvar_release(struct inode *, struct file *);
ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
int dev_major = 0;
int dev_minor = 0;
struct file_operations globalvar_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = globalvar_open,
.release = globalvar_release,
.read = globalvar_read,
.write = globalvar_write,
};
struct globalvar_dev {
int global_var; // 设备变量或者称为设备内存（只有4个字节）
struct cdev cdev; // 内核中表示字符设备的结构
};
struct globalvar_dev *my_dev;
static void __exit globalvar_exit(void) {
dev_t devno = MKDEV(dev_major, dev_minor);
cdev_del(&my_dev->cdev);
kfree(my_dev);
unregister_chrdev_region(devno, 1);
printk("globalvar unregistersuccess\n");
}
static int __init globalvar_init(void) {
int ret, err;
if (dev_major) {
dev_t devno = MKDEV(dev_major, dev_minor);
ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalvar");
} else {
ret = alloc_chrdev_region(&devno, dev_minor, 1, "globalvar");
dev_major = MAJOR(devno);
}
if (ret < 0) {
printk("globalvar register failure\n");
globalvar_exit();
return ret;
} else {
printk("globalvar register success\n");
}
my_dev = kmalloc(sizeof(struct globalvar_dev), GFP_KERNEL);
```
2. **定义关键函数**
- **`globalvar_open()`**：当设备被打开时调用。在此函数中可以执行任何必要的初始化操作。
- **`globalvar_release()`**：当设备关闭时调用。通常用于清理资源。
- **`globalvar_read()`**：当从设备读取数据时调用。
- **`globalvar_write()`**：当向设备写入数据时调用。
3. **初始化和退出处理**
- **`globalvar_init()`**：这是模块初始化函数，负责设备号的注册以及其他初始化工作。
- **`globalvar_exit()`**：模块卸载时调用此函数，用于清理已分配的资源。
#### 三、编译模块
1. **编写Makefile文件**
Makefile文件用于指定如何编译和安装模块。一个简单的Makefile可能如下所示：
```
obj-m += globalvar.o
all:
make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
```
2. **编译globalvar.c**
使用以下命令编译模块：
```bash
make
```
#### 四、加载模块及创建设备节点
1. **加载模块**
使用`insmod`命令加载模块：
```bash
sudo insmod globalvar.ko
```
2. **创建设备节点**
可以使用`mknod`命令创建设备节点，有以下两种方法：
- 直接指定设备号：
```bash
sudo mknod /dev/globalvar c 10 0
```
- 动态获取设备号：
```bash
sudo mknod /dev/globalvar c $(cat /sys/class/misc/globalvar/dev)
```
#### 五、编写测试程序
1. **编写test.c**
创建一个简单的C程序来测试字符设备的功能。例如，可以编写一个简单的程序来读取和写入全局变量`global_var`。
2. **编译test.c**
使用`gcc`编译`test.c`，生成可执行文件`a.out`：
```bash
gcc -o a.out test.c
```
3. **测试字符设备**
运行`a.out`，根据程序设计，它应该能够读取和修改`global_var`的值，并显示结果。
#### 六、总结
本文档详细介绍了如何创建和使用一个简单的Linux字符设备。通过以上步骤，我们不仅学习了如何编写内核模块来管理硬件资源，还掌握了如何在用户空间通过C语言程序与内核交互。对于初学者来说，这是一个很好的起点，通过实践加深理解是非常重要的。随着经验的积累，你可以尝试更复杂的设备驱动程序，进一步提高自己的技能水平。
