Linux 커널의 두 가지 특수 장치 드라이버 프레임워크: 기타 하위 시스템 및 3+2+1 장치 인식 드라이버 프레임워크

기타 하위 시스템은 Linux 커널의 간단하고 유연한 장치 드라이버 프레임워크로, 문자 장치, 가상 장치, 하이브리드 장치 등과 같이 다른 하위 시스템에 속하지 않는 일부 장치 드라이버를 구현하는 데 사용할 수 있습니다. 기타 하위 시스템의 장점은 간단하고 사용하기 쉽다는 것입니다. 많은 코드를 작성할 필요가 없으며 몇 가지 기본 작동 기능만 구현하면 됩니다. 그러나 기타 하위 시스템에는 여러 장치 인스턴스, 장치 트리 및 핫 스와핑을 지원할 수 없다는 등 몇 가지 단점도 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 기사에서는 새로운 장치 드라이버 프레임워크인 3+2+1 장치 인식 드라이버 프레임워크를 소개합니다. 이 프레임워크는 기타 하위 시스템과 플랫폼 하위 시스템의 조합을 기반으로 하며 더 많은 기능과 기능을 달성할 수 있습니다.

기타 사용법

리눅스에는 크게 캐릭터 디바이스, 네트워크 디바이스, 블록 디바이스 세 가지가 있는데, 각 디바이스는 여러 카테고리로 세분화되어 있는데, 예를 들어 캐릭터 디바이스는 미리 여러 ​​카테고리로 구분되어 있고, 이 카테고리에서 사용하는 주요 디바이스가 표시되어 있습니다. 파일에는 장치 번호가 있지만 그럼에도 불구하고 수천만 개의 하드웨어가 있으며 항상 그물을 통해 빠져 나가는 물고기가 있습니다. 분류하기 어려운 이러한 문자 장치에 대해 Linux는 "혼합"장치를 사용하여 일률적으로 설명합니다. 10번, 이 장치 번호를 사용하여 장치를 구별하세요. 이러한 장치에는 주로 난수 생성기, LCD, 클럭 생성기 등이 포함됩니다. 또한 cdev를 다시 캡슐화하는 많은 하위 시스템과 마찬가지로 misc도 자동으로 장치 파일을 생성하므로 cdev 인터페이스를 작성할 때마다 class_create() 및 device_create()를 사용할 필요가 없습니다.

커널에서 제공되는 기타 객체:

으아악

우리는

fops 인터페이스를 캐릭터 장치처럼 구현하고 minor를 제공하기만 하면 됩니다. 마이너가 매크로 MISC_DYNAMIC_MINOR(실제로는 255)를 사용하는 경우 커널은 자동으로 마이너 장치 번호와 기타 커널을 할당합니다. 마이너 장치 번호는 **"include/linux/miscdevice.h"**를 참조하세요. 모든 것이 준비되면 다음 API를 사용하여 커널에 등록/로그아웃하세요 으아악

misc의 분석

기타 사용이 쉽나요? 그러나 Sparrow는 작고 잘 갖춰져 있음에도 불구하고, 그 안에 구현된 계층적 아이디어를 쉽게 파악할 수 있는 것은 바로 misc의 간소화된 구조 때문입니다. 그들 사이의 명확한 구분은 다음과 같습니다. 레이어 아이디어는 Linux 드라이버의 두 기둥 중 하나입니다(다른 하나는 분리입니다).

디자인 아이디어를 통해 배우고 드라이버의 품질을 향상시킬 수 있습니다. 다음으로 기타의 내부 메커니즘을 간략하게 분석합니다.

misc_init

Linux의 하위 시스템인 기타 하위 시스템은 Linux 시작 프로세스 중에 준비 작업을 완료합니다. 여기에는 주로

데이터 구조 초기화, 해당 클래스 생성, cdev 객체 생성, 초기화 및 커널에 등록 등이 포함됩니다. . 이러한 기초를 바탕으로 기타의 다양한 이점을 활용하여 프로그래밍할 수 있습니다. 으아악

“

misc_init() –293–>시스템 시작 중에 기타 하위 시스템이 초기화됩니다
–273–>시스템 구성에 따라 /proc 인터페이스를 제공해야 할 수도 있습니다
–275–>/sysfs에 misc라는 이름의 클래스를 만듭니다
–281–>정적 주요 장치 번호(10)와 캡슐화된 메소드 세트 misc_fops를 사용하여,register_chrdev()는 내부적으로 cdev 개체를 생성하고 이 두 매개 변수를 사용하여 이를 초기화하고 커널에 등록합니다. for all 무차별 장치의 장치 번호입니다. cdev 객체와 장치 번호 간의 관계는 cdev_map을 참조하세요.
–158–>misc의 cdev 객체에서 사용되는 fops. 호출 프로세스는 일반 문자 장치 chrdev_open()->misc_open()과 동일합니다.

”

misc_register

接下来，老规矩，我们从”XXX_register”开始分析，在Linux内核中，这些”XXX_register”往往就是一个设备对象注册到内核的接口，是研究当相应对象注册进去之后内核动作的最佳入口。

178 int misc_register(struct miscdevice * misc)
179 {  
180         dev_t dev;
187         if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
188                 int i = find_first_zero_bit(misc_minors, DYNAMIC_MINORS);
193                 misc->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;
194                 set_bit(i, misc_minors);
195         } 
206         dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);
208         misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,
209                                           misc, "%s", misc->name);
210         if (IS_ERR(misc->this_device)) {
211                 int i = DYNAMIC_MINORS - misc->minor - 1;
212                 if (i = 0)
213                         clear_bit(i, misc_minors);
214                 err = PTR_ERR(misc->this_device);
216         }
222         list_add(&misc->list, &misc_list);
226 }

“

misc_register()
–187–> 如果指定的minor是动态分配，那么进入相关语句块。
–188–> 使dev用位图遍历API-find_first_zero_bit找到最小未用的设备号。
–193–> 得到分配好的次设备号。
–208–> (根据设备号)创建设备文件，使用的是misc_init中创建的misc_class，至此就可以实现misc设备文件的自动创建。就相当与我们在纯粹的cdev驱动中使用class_create()+device_create()创建设备文件。一个设备文件和一个设备号相联系，而misc的所有的设备号都和misc_init创建的cdev对象相联系，所以打开的任何一个misc设备文件首先回调的就是(chrdev_open()->)misc_open()。
–222–> 关键，将这个新分配的misc加入到misc链表中，用于管理所有的misc设备，便于misc_open()提取具体设备的fops。

”

misc_open

构建的misc子系统，将设备添加到了该子系统中，接下来我们来看一下应用层程序是如何打开一个misc设备的。由于misc也是一种字符设备，所以其提供的接口也是位于/dev中。但是正如misc的定义，其中的设备五花八门却共用同一个主设备号，这就意味着最终被chrdev_open回调的misc_open一定要具备根据被打开的不同文件为file结构准备不同的操作方法这一能力，即在驱动中实现对子设备的识别，或者称之为”多态”。

112 static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
113 {
114         int minor = iminor(inode);
115         struct miscdevice *c;
116         int err = -ENODEV;
117         const struct file_operations *new_fops = NULL;
121         list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
122                 if (c->minor == minor) {
123                         new_fops = fops_get(c->fops);           
124                         break;
125                 }
126         }
144         replace_fops(file, new_fops);
145         if (file->f_op->open) {
146                 file->private_data = c;
147                 err = file->f_op->open(inode,file);
148         }
152 }

“

misc_open()
–121–>遍历misc设备链表，根据被打开的设备的次设备号找到设备对象。
–123–>存储这个设备对象的操作方法集unique_fops。
–144–>将misc设备具体的操作方法集unique_fops替换到filp中的f_op中，这个位置原来是misc的cdev对象的fops，filp带着这个unique_fops从open()返回，就实现了不同的设备对应不同的操作方法，即面向对象的”多态”

”

3+2+1多设备识别驱动模型

通过上述对misc机制的分析，我们不难总结出一个支持设备识别的3+2+1驱动模型(3个函数+2个数据结构+1个封装):

1. 初始化整个驱动组的**xxx_init()**，通常用模块加载函数或总线的probe函数实现;
2. 用于注册一个子驱动的**xxx_register()**，需要EXPORT到符号表;
3. 能够根据传入的inode识别具体的设备并将其操作方法集放到filp中的**xxx_open()**。

+

1. 用于存储每一个驱动对象的通用链表或数组+priv_data
2. 用于存储子设备号的位图。

+

1. 将所有的不同的设备用一个统一的结构进行封装

至此，我们就可以写一写这个3+2+1驱动模型的模板。

1个封装

struct multidevice{
    struct list_head head;
    int minor;
    struct file_operations* fops;
    void *priv;     //私有数据，供read/write等接口识别的信息，以及其他数据都放这里
};

2个数据结构

struct list_head multi_dev_list;
unsigned int minors_map;   //根据设备号数目的不同选数据类型or数组

3个函数

int major,baseminor = 0,max_dev = sizeof(minors_map)*8;
#define DEV_NAME "multi_device"
struct class *cls;
xxx_open(struct inode *inode,struct file *file){
    int minor = iminor(inode);
         struct multidevice *dp;
         const struct file_operations *new_fops = NULL;
                  list_for_each_entry(dp, &multi_dev_list, head) {
                     if (dp->minor == minor) {
                         new_fops = fops_get(dp->fops);           
                         break;
                 }
         }
         replace_fops(file, new_fops);
         if (file->f_op->open) {
                 file->private_data = dp
                 file->f_op->open(inode,file);
         }
}

xxx_init(void){
    dev_t devno,
    INIT_LIST_HEAD(&multi_dev_list);
    init_map(&minors_map);
    struct cdev *multi_cdev = cdev_alloc();
    cdev_init(multi_cdev, multi_fops);
    alloc_chrdev_region(&devno, baseminor, count,DEV_NAME);
    major = MAJOR(devno);
    cdev_add(multi_cdev , devno, count);
    cls = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);
}
/*---------------下面是给待加驱动用的----------------------*/
xxx_register(struct *multidevice dev){
            dev_t dev;
         if (dev->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
                 int i = find_first_zero_bit(minors_map, DYNAMIC_MINORS);
                 dev->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;
                 set_bit(i, minors_map);
         } 
         dev_t pri_devno = MKDEV(major, dev->minor);
         device_create(multi_class, NULL, pri_devno, "%s", misc->name);
         list_add(dev->head, &multi_dev_list);
}
EXPORT_SYMBOL(xxx_register)

通过本文，我们了解了misc子系统和3+2+1设备识别驱动框架的原理和方法，它们可以用来实现一些特殊的设备驱动，如识别设备，虚拟设备，混合设备等。我们应该根据实际需求选择合适的框架，并遵循一些基本原则，如使用正确的注册和注销函数，使用正确的文件操作结构体，使用正确的设备树节点等。misc子系统和3+2+1设备识别驱动框架是Linux内核中两个有用而灵活的设备驱动框架，它们可以提升设备驱动的兼容性和可扩展性，也可以提升开发者的效率和质量。希望本文能够对你有所帮助和启发。

위 내용은 Linux 커널의 두 가지 특수 장치 드라이버 프레임워크: 기타 하위 시스템 및 3+2+1 장치 인식 드라이버 프레임워크의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!