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最近又重读了LDD3(Linux Device Driver, 3rd Edition) , 对LDD的前面一部分, 即如何写一个字符设备进行了一个小结. 希望能够对初学者有用.
对于下面这一段代码, 演示了如何创建一个字符设备, 涉及到如下知识点:
1. 如何创建字符设备, 2. 使用信号量进行互斥, 3. 创建等待队列, 4. 设计一个定时器
分别包括了LDD3中第二, 三, 五, 六, 七章中的小部分内容.
[CODE]
#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/types.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/sched.h>
#include<linux/delay.h>
#include<asm/semaphore.h>
#include<asm/uaccess.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static struct semaphore my_lock;
static wait_queue_head_t my_wait;
static int flag = 0;
static int major;
struct timer_list my_timer;
/*
* my_handler 是定时器处理函数, 其将flag设定为1, 并唤醒等待队列上的进程.
*/
void my_handler(unsigned long data)
{
printk("in handler function/n");
flag = 1;
wake_up_interruptible(&my_wait);
printk("wake it up/n");
}
/*
* my_read 由char_read调用, 当flag为0时就将自己放置到等待队列中去. 并阻塞当前进程
*/
int my_read(int i)
{
printk("waiting.../n");
wait_event_interruptible(my_wait, flag != 0);
printk("I am waked/n");
flag = 0;
return (i + 10);
}
/*
* char_open 是打开设备时调用的函数, try_module_get()表示当前模块正在被使用中
*/
static int char_open(struct inode *i, struct file* filp)
{
printk("char_open is called/n");
try_module_get(THIS_MODULE);
return 0;
}
static int char_release(struct inode *i, struct file* filp)
{
module_put(THIS_MODULE);
return 0;
}
/*
* char_read 是读设备时调用的函数, 首先使用信号量完成互斥操作, 然后进行定时器的初始化, 5*HZ表示等待5秒钟.
* 最后调用copy_to_user将数据拷贝给用户态的程序.
*/
static ssize_t char_read(struct file* filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{
int ret = 0;
if (down_interruptible(&my_lock))
return -ERESTARTSYS;
printk("char_read is called/n");
init_timer(&my_timer);
my_timer.expires = jiffies + 5 * HZ;
my_timer.data = 0;
my_timer.function = my_handler;
add_timer(&my_timer);
ret = my_read(0);
printk("return value is %d/n", ret);
del_timer(&my_timer);
copy_to_user(buffer, (char*)&ret, sizeof(int));
up(&my_lock);
return (sizeof(int));
}
static struct file_operations char_fops =
{
.open = char_open,
.read = char_read,
.release = char_release
};
static struct cdev *my_cdev;
/*
* char_init 模块的注册函数.
*/
static int __init char_init(void)
{
int err;
dev_t devid;
alloc_chrdev_region(&devid, 0, 1, "chardev");
major = MAJOR(devid);
my_cdev = cdev_alloc();
cdev_init(my_cdev, &char_fops);
err = cdev_add(my_cdev, devid, 1);
if (err)
{
printk("error/n");
return -1;
}
printk("The major number is %d/n", major);
init_MUTEX(&my_lock);
init_waitqueue_head(&my_wait);
return 0;
}
static void __exit char_exit(void)
{
cdev_del(my_cdev);
printk("rmmod is called/n");
}
module_init(char_init);
module_exit(char_exit);
[/CODE]
下面对代码进行一些简要的说明.
1. 首先是char_init函数, 该函数完成了对字符设备的注册功能. 如果注册成功, 则输出字符设备的主设备号. 另一方面, 还完成 了对信号量的初始化, 以及对等待队列的初始化. 因此, 当insmod结束之后, 正常情况下就完成了对字符设备的注册等一系列的初始化动作了.
2. 然后再看打开设备的操作char_open. 当你在程序中调用open时, 就会去调用这个函数. 这个函数中有一个 try_module_get(THIS_MODULE);它表示当前这个模块处于使用之中. 此时通过lsmod可以看到used一栏中不为0. 如果 此时调用rmmod去卸载这个模块, 则会出错. 提示当前模块正在使用中, 不能被卸载.
3. 打开之后就是去读这个字符设备. 此时在程序中调用read时, 就会去调用模块中的char_read这个函数. 这个函数首先调用 down_interruptible函数, 进行锁定. 这样, 只有一个进程能够运行char_read这个函数. 然后再是初始化定时器. 时间为 5秒钟. 之后再去调用my_read这个函数. 在这个函数中检查flag是否为0, 如果为0了, 则将当前进程放到等待队列中去, 等待其它的进程 将自己唤醒. 当过了五秒钟之后, 由于定时器的作用, 调用了my_handler这个函数, 它一方面将flag的值设为1, 另一方面调用 wake_up_interruptible将该等待队列上的进程唤醒. 因此, 此时my_read函数又开始继续往下面执行了. 剩下的工作就是删除 定时器, 并将值传递给用户态的程序.
4. 最后用户态的程序调用close()时则关于了这个设备, 此时调用了module_put(THIS_MODULE); 与之前的try_module_get相对应, 即表示当前模块没有被占用, 此时可以调用rmmod将模块卸载掉.
下面就编写一个用户态的程序来试验这个字符设备
test.c
[CODE]
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
int fd;
int i;
fd = open("/dev/chardev", O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
printf("error/n");
return -1;
}
if (read(fd, &i, sizeof(int)) < 0)
{
printf("read error/n");
return -1;
}
printf("i = %d/n", i);
return 0;
}
[/CODE]
最后是实验步骤.
1. 首先编写Makefile.
[CODE]
obj-m+=mytime.o
KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
default:
make -C $(KERNELDIR) M=$(shell pwd) modules
install:
insmod mytime.ko
uninstall:
rmmod mytime.ko
clean:
make -C $(KERNELDIR) M=$(shell pwd) clean
[/CODE]
2. 在当前目录下使用make进行编译, 然后再使用make install将模块加载进内核. 此时使用dmesg可以查看系统给该字符设备分配的设备号是多少. 假如为253. 则创建该字符设备. mknod /dev/chardev c 253 0
3. 编译test.c, 然后运行, 在运行时, 其等待了5秒钟, 即为等待定时器的那个过程. 最后得到输出的结果. 此时再通过dmesg命令可以查看模块中函数的调用过程.
4. 实验完之后调用make uninstall卸载该模块, 并调用make clean清除一些临时文件.
下面的结果为我在自己的机器上运行后通过dmesg打印出来的结果.
[QUOTE]
The major number is 253
char_open is called
char_read is called
waiting...
in handler function
wake it up
I am waked
return value is 10
[/QUOTE]
另外, 如果test程序在等待时执行rmmod chardev时会提示设备正在忙. 就是前面的try_module_get()所 引起的. 同时如果在两个终端运行test这个程序, 则第二个test程序会阻塞, 并在第一个test程序结束之后才得以执行. 防止了并发.
上面对字符设备的注册, 信号量, 等待队列以及定时器的使用作了一个简单的介绍, 当然, LDD3前七章的内容远不止这些. 还有很多需要去参透的地方.
我以前第一次看LDD的时候, 对里面的很多东西也不理解, 第一次看完之后完全不知道自己看了什么. 所以写这篇文章希望能对刚开始看LDD的朋友有一点用处.