探究设备号码之谜
在Linux操作系统中，设备驱动程序的开发是一项重要的任务。设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间进行通信的桥梁，负责将操作系统的指令转化为硬件设备可以理解的形式。对于每个设备驱动程序来说，一个关键的概念就是设备号码。
1. 什么是设备号码
在Linux系统中，每个设备都有一个唯一的设备号码用于标识。设备号码分为主设备号和次设备号两部分。主设备号用于标识同一类型的设备，而次设备号则用于标识具体的设备实例。
设备号码在设备驱动程序的开发中起着重要的作用。它可以帮助操作系统定位设备驱动程序，并且确保设备驱动程序与相应的设备进行正确的通信。
2. 设备号码的分配
设备号码的分配是由内核负责的。在Linux系统中，设备号码通过注册设备驱动程序来分配。
在设备驱动程序的初始化函数中，一般会调用一些函数来分配设备号码。其中最常用的函数是alloc_chrdev_region函数。这个函数会根据给定的参数分配一组设备号码。这个函数的定义如下：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, const char *name);
其中dev是一个指向设备号码的指针，firstminor是次设备号的起始值，count是要分配的设备号码的数量，name是设备驱动程序的名字。
设备号码分配成功后，我们可以通过以下方法来访问它：
dev_t dev;
alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "mydevice");
这样就可以获取到一个设备号码，其主设备号为MAJOR(dev)，次设备号为MINOR(dev)。
3. 设备号码的使用
一旦设备号码分配成功，我们就可以将它与设备驱动程序关联起来。设备号码是一个重要的组成部分，它会在设备驱动程序的初始化函数中被注册到内核。通过这个设备号码，操作系统可以将设备驱动程序与具体的设备进行匹配。
3.1 设备驱动程序的初始化
设备驱动程序的初始化函数会在系统启动时被调用。在这个函数中，我们可以将设备号码与设备驱动程序进行关联，以便操作系统可以正确地访问设备。
以下是一个简单的设备驱动程序初始化函数的示例：
static int __init mydevice_init(void)
{
dev_t dev;
alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "mydevice");
// 将设备号码与设备驱动程序关联
mydevice_major = MAJOR(dev);
mydevice_minor = MINOR(dev);
// 其他初始化操作
// ...
return 0;
}
在这个示例中，我们使用了alloc_chrdev_region函数来分配设备号码，并将主设备号和次设备号保存下来。
3.2 设备的注册和注销
在设备驱动程序的初始化函数中，我们可以通过调用cdev_init函数来初始化设备结构体，并使用cdev_add函数将设备注册到内核。这样，操作系统就可以正确地识别设备并与之进行通信。
以下是注册和注销设备的示例代码：
static int __init mydevice_init(void)
{
dev_t dev;
alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "mydevice");
// 将设备号码与设备驱动程序关联
mydevice_major = MAJOR(dev);
mydevice_minor = MINOR(dev);
// 初始化设备结构体
cdev_init(&mydevice_cdev, &mydevice_fops);
mydevice_cdev.owner = THIS_MODULE;
// 注册设备到内核
cdev_add(&mydevice_cdev, dev, 1);
return 0;
}
static void __exit mydevice_exit(void)
{
dev_t dev = MKDEV(mydevice_major, mydevice_minor);
// 从内核中注销设备
cdev_del(&mydevice_cdev);
// 释放设备号码
unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(mydevice_init);
module_exit(mydevice_exit);
在这个示例中，我们使用cdev_init函数来初始化设备结构体，并使用cdev_add函数将设备注册到内核。在设备驱动程序退出时，通过调用cdev_del函数将设备从内核中注销，并使用unregister_chrdev_region函数释放设备号码。
4. 总结
通过对设备号码的探究，我们可以更好地理解设备驱动程序的开发和工作原理。设备号码是一个重要的概念，它帮助操作系统定位设备驱动程序，并确保设备驱动程序可以正确地与设备进行通信。
在设备驱动程序的开发中，我们需要使用alloc_chrdev_region函数来分配设备号码，使用cdev_init函数来初始化设备结构体，以及使用cdev_add函数将设备注册到内核。同时，在设备驱动程序退出时，我们需要调用cdev_del函数将设备从内核中注销，并使用unregister_chrdev_region函数释放设备号码。
参考资料：
[1] Linux源码技术解析，黄东旭，电子工业出版社，2017
[2] Linux设备驱动开发详解，郭东明，人民邮电出版社，2017