目录

前言

字符设备

应用程序与驱动程序间的关系

file_operations 结构体

file_operations结构体的使用，指定对应驱动函数

字符设备的注册与注销

设备号

 静态分配设备号

动态分配主设备号

ioctl-基于字符设备的代码实现

驱动模块 kernel_ioctl_demo.c

用户程序 usr_ioctl_demo.c

makefile

MISC 杂项设备驱动

MISC设备注册和注销

基于杂项设备的ioctl驱动

        本文主要介绍内核空间与用户空间通信的一种方式----ioctl，用户程序可以通过调用ioctl函数来实现将一个cmd传给内核，而内核驱动根据switch case来实现预先设定好cmd对应执行的相关程序。

      学习ioctl是一个字符设备，所以在我们学习ioctl之前需要先了解一下linux设备驱动中的字符设备。

        字符设备是 Linux 驱动中最基本的一类设备驱动，字符设备按照字节流进行读写操作的设备（一个字节一个字节地读写）。

      我们常说的驱动实际上就是驱动程序。以字符设备为例，驱动函数在加载成功后，会在/dev目录下生成一个驱动名称的文件夹，即/dev/xx。应用程序通过系统调用open()打开这个文件夹，然后通过对这个文件的操作来调用相应的驱动程序去控制硬件。

      通过下图可以更直观的理解整个调用的过程。首先应用程序通过系统调用如open、read、write、close等函数进入内核空间，之后驱动程序会根据用户传递进来的信息去完成相应的操作。

        每一个系统调用都会对应一个驱动程序中的函数。如系统调用的open会对应驱动程序中的一个open，用户使用的系统调用open在进入到内核空间后实际上执行的就是驱动程序中与open对应的函数。

        驱动往往就是去实现驱动程序系统调用对应的这些函数，那么内核怎么知道用户在使用系统调用函数时该去执行驱动程序中的哪个函数呢？

        答案就在于：Linux 内核文件 include/linux/fs.h 中有个叫做 file_operations 的结构体。通过这个结构体可以指定系统调用对应的驱动函数。

        为了方便管理， Linux 中每个设备都有一个设备号，设备号由主设备号和次设备号两部分组成，主设备号表示某一个具体的驱动，次设备号表示使用这个驱动的各个设备。

        Linux 提供了一个名为 dev_t 的数据类型表示设备号， dev_t 定义在文件include/linux/types.h 里面，定义如下：

        dev_t 其实就是 unsigned int 类型，是一个 32 位的数据类型。这 32 位的数据构成了主设备号和次设备号两部分，其中高 12 位为主设备号， 低 20 位为次设备号。因此 Linux系统中主设备号范围为 0~4095。在include/linux/kdev_t.h 中提供了几个关于设备号的操作函数，如下所示：

       MISC 驱动也叫做杂项驱动，当某些外设无法进行分类的时候就可以使用 MISC 驱动。 MISC 驱动其实就是最简单的字符设备驱动，通常嵌套使用来实现复杂的驱动。

        所有的 MISC 设备驱动的主设备号都为 10，不同的设备使用不同的次设备号。 MISC 设备会自动创建 cdev，不需要像我们以前那样手动创建，因此采用 MISC 设备驱动可以简化字符设备驱动的编写。我们需要向 Linux 注册一个 miscdevice 设备， miscdevice是一个结构体，定义在文件 include/linux/miscdevice.h 中，内容如下：

        minor 表示子设备号，需要我们指定。在linux中已经预定义了一些 MISC 设备的子设备号，这些预定义的子设备号定义在include/linux/miscdevice.h文件中，当然也可以自己定义，只要这个子设备号没有被其他设备使用接口。

        name 就是此 MISC 设备名字，当此设备注册成功以后就会在/dev 目录下生成一个名为 name 的设备文件。

        fops 就是字符设备的操作集合， MISC 设备驱动最终是需要使用用户提供的 fops操作集合。