Linux系統(tǒng)中多個同類設(shè)備共用一套驅(qū)動

1. 應(yīng)用場景

比如我們的設(shè)備上有很多一樣的usb接口，這些usb接口都需要有驅(qū)動才能工作，那么是每個usb都一套單獨(dú)的驅(qū)動程序么？顯然不是的，這些usb接口屬于同一類設(shè)備，用戶對他們的操作方法完全一致，只不過不是同一個設(shè)備，所以他們可以復(fù)用同一套驅(qū)動代碼，在代碼中去判斷用戶要操作哪個設(shè)備，然后去open/read/write這個設(shè)備。

2. 如何區(qū)分不同的設(shè)備

前面說過，每個設(shè)備都有一個唯一的標(biāo)識符–設(shè)備號，那么對于同一類設(shè)備，它們的主設(shè)備號是一樣的，次設(shè)備號是不一樣的，用來區(qū)分它們，當(dāng)用戶想要操作哪個具體的設(shè)備，就會打開這個設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備文件（inode結(jié)構(gòu)體），并自動在內(nèi)核中創(chuàng)建對應(yīng)的file結(jié)構(gòu)體，這個file結(jié)構(gòu)體中就保存了用戶操作的所有信息，最終會傳給我們的內(nèi)核驅(qū)動，驅(qū)動再根據(jù)這個file結(jié)構(gòu)體和inode結(jié)構(gòu)體來判斷用戶具體要操作的哪個設(shè)備，然后去read/write這個具體的設(shè)備。

案例：

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hanp@hanp:/dev/usb$ ls -l
crw------- 1 root root 180, 0  3月 11 17:29 hiddev0
crw-------?1?root?root?180,?1??3月?11?17:29?hiddev1

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我的主機(jī)下面的兩個usb設(shè)備，他們共用了一套u(yù)sb驅(qū)動，但是他們的設(shè)備號是不一樣的（180，0）和（180，1），主設(shè)備號都是180表示都屬于同一類設(shè)備（usb設(shè)備），次設(shè)備號分別是0和1，表示這是兩個不同的設(shè)備。

3. 代碼實(shí)現(xiàn)

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


#define NUM_OF_DEVICES    2


int major = 255;


/* 兩個設(shè)備，所以有兩套結(jié)構(gòu)體 */
/* 設(shè)備0對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)體是hello_dev[0], 設(shè)備1對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)體是hello_dev[1] */
struct hello_device {
    dev_t devno;
    struct cdev cdev;
    char data[128];
    char name[16];
}hello_dev[NUM_OF_DEVICES];


struct class * hello_class;


const char DEVNAME[] = "hello_device";


int hello_open(struct inode * ip, struct file * fp)
{
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    
    /* 獲取用戶打開的設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)體 hello_dev[0] 或者 hello_dev[1] */
    struct hello_device * dev = container_of(ip->i_cdev, struct hello_device, cdev);
    
    /* open的時候，通過container_of能夠獲取到用戶要打開的那個設(shè)備的設(shè)備結(jié)構(gòu)體，所有需要把這個結(jié)構(gòu)體通過file指針的
     * private_data參數(shù)傳遞給read/write */
    fp->private_data = dev;
    
    /* 一般用來做初始化設(shè)備的操作 */
    /* ... */
    
    return 0;
}


int hello_close(struct inode * ip, struct file * fp)
{
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    
    /* 一般用來做和open相反的操作，open申請資源，close釋放資源 */
    /* ... */
    
    return 0;
}


ssize_t hello_read(struct file * fp, char __user * buf, size_t count, loff_t * loff)
{
    int ret;
    
    /* 通過file指針，獲取到用戶要操作的設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)體 */
    struct hello_device * dev = fp->private_data;
    
    /* 將用戶需要的數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間copy到用戶空間(buf) */
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    if (count <=0 || count > 128)
        count = 128;
    if ((ret = copy_to_user(buf, dev->data, count)))
    {
        printk("copy_to_user err
");
        return -1;
    }
    
    return count;
}


ssize_t hello_write(struct file * fp, const char __user * buf, size_t count, loff_t * loff)
{
    int ret;
    struct hello_device * dev = fp->private_data;
    
    /* 將用戶需要的數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間copy到用戶空間(buf) */
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    if (count <=0 || count > 128)
        count = 128;
    if ((ret = copy_from_user(dev->data, buf, count)))
    {
        printk("copy_from_user err
");
        return -1;
    }
    
    return count;
}
/* 2. 分配file_operations結(jié)構(gòu)體 */
struct file_operations hello_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = hello_open,
    .release = hello_close,
    .read = hello_read,
    .write = hello_write
};


struct cdev cdev;


static int hello_init(void)
{
    int i;
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    
    /* 1. 生成并注冊兩個設(shè)備的設(shè)備號 */
    /* 3. 分配、設(shè)置、注冊兩套cdev結(jié)構(gòu)體 */
    for (i = 0; i < NUM_OF_DEVICES; i++)
    {
        hello_dev[i].devno = MKDEV(major, i);
        sprintf(hello_dev[i].name, "%s%d", DEVNAME, i);
        register_chrdev_region(hello_dev[i].devno, 1, hello_dev[i].name);
        
        hello_dev[i].cdev.owner = THIS_MODULE;
        cdev_add(&hello_dev[i].cdev, hello_dev[i].devno, 1);
        cdev_init(&hello_dev[i].cdev, &hello_fops);
        
        /* 初始化兩個設(shè)備各自的存儲空間 */
        sprintf(hello_dev[i].data, "Hi, I am hello device %d", i);
    }
    
    /* 在/sys/class目錄下創(chuàng)建hello類，并在這個類下面創(chuàng)建hello_device0和hello_device1 */
    hello_class = class_create(THIS_MODULE, DEVNAME);
    for (i = 0; i < NUM_OF_DEVICES; i++)
    {
        device_create(hello_class, NULL, hello_dev[i].devno, NULL, "%s%d", DEVNAME, i);
        printk("success!
");
    }
    return 0;
}


static void hello_exit(void)
{
    int i;
    printk("%s : %d
", __func__, __LINE__);
    
    /* 釋放資源 */
    for (i = 0; i < NUM_OF_DEVICES; i++)
    {
        device_destroy(hello_class, hello_dev[i].devno);
        cdev_del(&hello_dev[i].cdev);
        unregister_chrdev_region(hello_dev[i].devno, 1);
    }
    class_destroy(hello_class);
}


MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

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解釋：

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container_of:
/**
 * container_of - cast a member of a structure out to the containing structure
 * @ptr:        the pointer to the member.
 * @type:       the type of the container struct this is embedded in.
 * @member:     the name of the member within the struct.
 *
 */
#define container_of(ptr, type, member)

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功能：根據(jù)結(jié)構(gòu)體中某個成員的地址，從而獲取到整個結(jié)構(gòu)體的首地址

@ptr: 已知結(jié)構(gòu)體成員的地址

@type: 要獲取的結(jié)構(gòu)體的類型

@member: 已知結(jié)構(gòu)體成員的名字

我們用到的實(shí)例解析：

struct hello_device * dev = container_of(ip->i_cdev, struct hello_device, cdev);

文章最后的圖解和上篇文章中我講到file結(jié)構(gòu)體和inode結(jié)構(gòu)體的關(guān)系，其中inode結(jié)構(gòu)體和文件系統(tǒng)下的文件是一一對應(yīng)的關(guān)系，里面保存了這個字符設(shè)備對應(yīng)的cdev結(jié)構(gòu)體：

struct cdev * i_cdev，而這個cdev結(jié)構(gòu)體又包含在設(shè)備結(jié)構(gòu)體hello_device中，其中hello_dev[0]中包含的是設(shè)備0的cdev，hello_dev[1]中包含的是設(shè)備1的cdev，那么

container_of函數(shù)就可以根據(jù)這個cdev來判斷用戶打開的是hello_dev[0]還是hello_dev[1]并獲取到地址。

編譯安裝驅(qū)動：

sudo insmod hello.ko

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hanp@hanp:/dev$ ls hello_device*
hello_device0??hello_device1

hanp@hanp:/dev$ cat /proc/devices | grep hello
255 hello_device0
255?hello_device1

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可以看到在/proc/devices下注冊了兩個設(shè)備hello_device0和hello_device1，這兩個設(shè)備的主設(shè)備一樣都是255，但是次設(shè)備號不一樣（cat /dev/hello_deviceX可以查看次設(shè)備號）。

4. 寫應(yīng)用程序進(jìn)行測試 app.c

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#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main(char argc, char * argv[])
{
    int fd;
    int ret;
    char buf[64];
    
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s 
", argv[0]);
        return -1;
    }
    
    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("fail to open file");
        return -1;
    }
    
    /* read data */
    ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (ret < 0)
    {
        printf("read err!");
        return -1;
    }
    printf("buf = %s
", buf);
    
    /* write data */
    strcpy(buf, "write data from app!");
    ret = write(fd, buf, sizeof(buf));
    if (ret < 0)
    {
        printf("write err!");
        return -1;
    }
    read(fd, buf, sizeof(buf));
    printf("buf = %s
", buf);
    
    close(fd);
    return 0;
}

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測試：

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$ gcc app.c
$ sudo ./a.out /dev/hello_device0
buf = Hi, I am hello device 0
buf = write data from app!
$ sudo ./a.out /dev/hello_device1
buf = Hi, I am hello device 1
buf?=?write?data?from?app!

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　　審核編輯：湯梓紅