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Linux 字符设备驱动实例

article 2025/3/13 20:57:42

编写驱动程序，并将内核模块加载到内核中，等待被用户程序调用。
在控制台中借助第一步申请到的设备号，使用 mknod 命令创建一个设备节点，并拟一个设备名称。
在用户程序中，使用 open 打开第二步中的设备名称，通过设备节点间接控制驱动程序。

1. 驱动程序编写

cdev_driver.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zz");

static dev_t devno;

#define KMAX_LEN 32

// 用户空间使用 open 函数时，触发该函数执行
static int demo_open(struct inode *ind, struct file *fp)
{
	printk("demo open\n");
	return 0;
}

// 用户空间使用 close 函数时，触发该函数执行
static int demo_release(struct inode *ind, struct file *fp)
{
	printk("demo release\n");
	return 0;
}

// 用户空间使用 read 函数时，触发该函数执行
static ssize_t demo_read(struct file *fp, char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)
{
	int rc;
	char kbuf[KMAX_LEN] = "read test\n"; 
	if (size > KMAX_LEN)
		size = KMAX_LEN;
	
	rc = copy_to_user(buf, kbuf, size);
	if(rc < 0) {
		return -EFAULT;
		pr_err("copy_to_user failed!");
	}
	return size;
}

// 用户空间使用 write 函数时，触发该函数执行
static ssize_t demo_write(struct file *fp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)
{
	int rc;
	char kbuf[KMAX_LEN];
	if (size > KMAX_LEN)
		size = KMAX_LEN;

	rc = copy_from_user(kbuf, buf, size);
	if(rc < 0) {
		return -EFAULT;
		pr_err("copy_from_user failed!");
	}
	printk("%s", kbuf);
	return size;
}

static struct file_operations fops = {
	.open = demo_open,
	.release = demo_release,
	.read = demo_read,  
	.write = demo_write,  
};

static struct cdev cd;  

// // insmod 时，触发该函数执行
static int demo_init(void)  
{
	int rc;  
	rc = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "test"); // int alloc_chardev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name); 用于设备号未知，向系统动态申请未被占用的设备号的情况
	if(rc < 0) {  
		pr_err("alloc_chrdev_region failed!");  
		return rc;  
	}
	printk("MAJOR is %d\n", MAJOR(devno));  
	printk("MINOR is %d\n", MINOR(devno));  

	cdev_init(&cd, &fops); // void cdev_init(struct cdev *, struct file_operations *); 建立cdev和file_operations的连接
	rc = cdev_add(&cd, devno, 1); // int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); 完成字符设备的注册
	if (rc < 0) {  
		pr_err("cdev_add failed!");  
		return rc;  
	}
	return 0;  
}

// rmmod 时执行该函数
static void demo_exit(void)  
{
	cdev_del(&cd); // 注销字符设备
	unregister_chrdev_region(devno, 1); // 释放设备号
	printk("rmmod ...\n"); 
	return;  
}

module_init(demo_init); // insmod 时，demo_init 会被调用
module_exit(demo_exit); // rmmod 时，demo_exit 会被调用

2. 应用程序编写

app.c

#include <stdio.h>       
#include <fcntl.h>       
#include <unistd.h>       

int main()       
{
	int rc;       
	char buf[32];       
	int fd = open("/dev/test_chr_dev", O_RDWR);       
	if (fd < 0) {       
		printf("open file failed!\n");           
		return -1;           
	}
	read(fd, buf, 32);           
	printf("%s", buf);           
	write(fd, "write test\n", 32);           
	close(fd);           
	return 0;           
}

3. Makefile编写

ifneq ($(KERNELRELEASE),)    
	obj-m := cdev_driver.o    
else    
	KDIR    := /lib/modules/$(shell uname -r)/build    
	PWD     := $(shell pwd)    
endif     
all:     
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules     
clean:     
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean