linux下有哪些字符設(shè)備

這篇文章主要介紹“l(fā)inux下有哪些字符設(shè)備”，在日常操作中，相信很多人在linux下有哪些字符設(shè)備問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”linux下有哪些字符設(shè)備”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

linux字符設(shè)備有：1、鼠標(biāo)，是計算機(jī)的一種外接輸入設(shè)備，也是計算機(jī)顯示系統(tǒng)縱橫坐標(biāo)定位的指示器；2、鍵盤，是用于操作計算機(jī)設(shè)備運(yùn)行的一種指令和數(shù)據(jù)輸入裝置；3、串行端口終端，使用計算機(jī)串行端口連接的終端設(shè)備；4、控制終端；5、控制臺等。

linux字符設(shè)備

字符設(shè)備是Linux三大設(shè)備之一（另外兩種是塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）。它們均以一個文件節(jié)點(diǎn)形式顯示在文件系統(tǒng)的/dev目錄下(crw--w---- 1 root tty 4， 0 7月 11 09:11 tty0 其中c代表字符設(shè)備類型)。

字符設(shè)備是指設(shè)備無需緩沖即可直接進(jìn)行讀寫的設(shè)備， 如鼠標(biāo)，鍵盤，串口設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器等， 它與塊設(shè)備的區(qū)別在于是字符操作的基本單位是字節(jié)。

字符設(shè)備的分類

字符設(shè)備主要包括控制終端設(shè)備和串行終端設(shè)備， 例如控制臺和鍵盤。依據(jù)功能和硬件上的差別， 字符終端設(shè)備有如下分類:

• 串行端口終端(/dev/ttSn)：使用計算機(jī)串行端口連接的終端設(shè)備， 串行設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸方式為同一字符8個bit單線傳輸， 在命令行輸入 echo 'hello world' > /dev/ttyS0可將輸入寫入到對應(yīng)設(shè)備。

• 偽終端(/dev/ttyp，/dev/ptyp): 對應(yīng)底層不存在真實(shí)的硬件設(shè)備， 用于為其他程序提供終端式樣的接口，如網(wǎng)絡(luò)登陸主機(jī)時網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和shell程序之間的終端接口。

• 控制終端(/dev/tty)：主設(shè)備號為5， 進(jìn)程控制終端，與進(jìn)程相關(guān)聯(lián)，如登陸shell進(jìn)程使用的就是終端/dev/tty。

• 控制臺(/dev/ttyn，/dev/consol): 計算機(jī)輸入輸出的顯示器，當(dāng)控制臺登陸時， 使用的就是tty1， 而ubuntu 圖形界面使用的tty7。

• 其他類型：現(xiàn)行的linux針對許多不同的設(shè)備建有許多其他種類的設(shè)備特殊文件，如ISIDIN設(shè)備的/dev/ttyIn設(shè)備。

字符設(shè)備的性質(zhì)及特點(diǎn)

• 字符設(shè)備屬于設(shè)備文件系統(tǒng)的一種， 相當(dāng)于底層硬件向上層提供的邏輯設(shè)備文件， 宛如將一個數(shù)據(jù)端口(數(shù)據(jù)寄存器)與一個文件對接起來，設(shè)備驅(qū)動程序直接對文件操作， 于是便直接對端口進(jìn)行了讀寫操作。 同樣作為文件， 字符設(shè)備驅(qū)動也必須實(shí)現(xiàn)文件的基本的操作open()，close()，write()，read()等，當(dāng)然終端重定向操作也是支持的。

• 字符設(shè)備文件文件的讀寫是以單個字節(jié)為單位的， 不需要設(shè)立硬件緩沖區(qū)。 設(shè)備像訪問字節(jié)流一樣被操作系統(tǒng)訪問。 字節(jié)流就像在硬件端口和文件系統(tǒng)搭建起了一個傳送管道， 字節(jié)逐個通過管道傳輸并呈現(xiàn)給讀寫雙方。 這個流特性在驅(qū)動程序中是以緩沖隊列來實(shí)現(xiàn)的。例如: 控制臺的結(jié)構(gòu)體中的讀寫緩沖隊列

struct tty_struct {
struct termios termios;
int pgrp;
int stopped;
void (*write)(struct tty_struct * tty);
struct tty_queue read_q;               //讀隊列
struct tty_queue write_q;              //寫隊列
struct tty_queue secondary;            //tty輔助隊列(存放規(guī)格化后的字符)
};

• 字符設(shè)備由字符設(shè)備號標(biāo)識。字符設(shè)備號由主設(shè)備號和次設(shè)備號構(gòu)成， 例如/dev/ttyS0的設(shè)備號為(4，64); 主設(shè)備號標(biāo)識設(shè)備對應(yīng)驅(qū)動程序， 內(nèi)核通過主設(shè)備號將設(shè)備和驅(qū)動程序一一對應(yīng)起來， 次設(shè)備號由驅(qū)動程序使用， 用于驅(qū)動程序內(nèi)部區(qū)分設(shè)備細(xì)節(jié)差別使用的代碼，內(nèi)核其他部分不使用它。

字符設(shè)備在應(yīng)用層如何體現(xiàn)

cat /proc/devices 命令可以查看當(dāng)前系統(tǒng)中所有的字符設(shè)備和塊設(shè)備。

在Linux 中一切接文件，設(shè)備也被抽象成文件，在/dev/ 目錄下可以查看到字符設(shè)備和塊設(shè)備的對應(yīng)的文件。
例如這是兩個串口設(shè)備文件，使用ls -l 查看它的詳細(xì)信息。
與普通文件不同的是設(shè)備文件沒有大小，而是被替換成了設(shè)備號（主設(shè)備號和次設(shè)備號），設(shè)備號可以與/proc/devices 中的信息相對應(yīng)。

如何訪問一個設(shè)備？

既然它被抽象成了一個文件，那么自然就用文件IO (open、read、write 等等) 來訪問。

設(shè)備號

dev_t dev = MKDEV(major,minor)
major = MAJOR(dev)
minor = MINOR(dev)

設(shè)備號由major和minor 組成，總共32位，高12位為major，低20位為minor。每一個設(shè)備號都唯一對應(yīng)著一個cdev結(jié)構(gòu)體。

注冊字符設(shè)備首先要申請設(shè)備號，可以一次批量的申請多個設(shè)備號（相同的major，依次遞增的minor）。
如果沒有指定主設(shè)備號的話就使用如下函數(shù)來申請設(shè)備號：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
baseminor：起始的minor值。
count：一共申請幾個設(shè)備號。申請到的設(shè)備號在(MKDEV(major,baseminor) ~ MKDEV(major,baseminor+count)) 范圍內(nèi)。
（自動申請設(shè)備號的原理，其實(shí)是傳遞一個major = 0，然后由內(nèi)核分配一個空閑的設(shè)備號返回）

如果給定了設(shè)備的主設(shè)備號和次設(shè)備號就使用如下所示函數(shù)來注冊設(shè)備號即可：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

釋放設(shè)備號：
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

字符設(shè)備結(jié)構(gòu)體 cdev

//include/linux/cdev.h
struct cdev {
        struct kobject kobj;
        struct module *owner;
        const struct file_operations *ops;
        struct list_head list;
        dev_t dev;
        unsigned int count;
};

常用

申請一個cdev 內(nèi)存：
struct cdev *cdev_alloc(void);
初始化cdev->ops，即cdev->ops = &xxx_file_operation; ：
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *);
將填充好的cdev 實(shí)例，添加到cdev 鏈表。意味著向內(nèi)核注冊一個字符設(shè)備：
int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); //dev_t：添加cdev時必須要，傳遞一個dev_t，并且它與cdev是唯一對應(yīng)的。
cdev_add 添加過程中會綁定cdev 與dev_t。

從內(nèi)核刪除一個字符設(shè)備：
void cdev_del(struct cdev *);

不常用
增加cdev 調(diào)用計數(shù)：
void cdev_put(struct cdev *p);

總結(jié)：注冊字符設(shè)備的主要流程就是，申請設(shè)備號dev_t，創(chuàng)建一個cdev、初始化cdev (cdev->ops)、向內(nèi)核添加 cdev（同時會綁定cdev 與dev_t）。

如果你嫌這些步驟太麻煩的話，內(nèi)核還提供了一個函數(shù)可以一步到位的注冊字符設(shè)備——__register_chrdev
它會申請多個設(shè)備號，創(chuàng)建cdev并初始化它，然后用這多個設(shè)備號綁定同一個cdev 注冊。

還有一個register_chrdev，它是對__register_chrdev 的封裝，次設(shè)備號從基值0開始，直接申請了256 個次設(shè)備號。
static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops) { return __register_chrdev(major, 0, 256, name, fops); }

struct file_operations

字符設(shè)備在/dev/ 目錄下創(chuàng)建設(shè)備文件，并通過struct file_operations 向應(yīng)用層提供控制接口。應(yīng)用層對應(yīng)的open、read 等函數(shù)會調(diào)用到file_operations 對應(yīng)的函數(shù)。

//include/linux/fs.h
struct file_operations {
        struct module *owner;
        loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
        ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
        int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
        unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
        long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
        int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
        int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
        int (*open) (struct inode *, struct file *);
        int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
        int (*release) (struct inode *, struct file *);
        int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
        int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
        int (*fasync) (int, struct file *, int);
        int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
        unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
        int (*check_flags)(int);
        int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
        ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
        ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
        int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
        long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
                          loff_t len);
        void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
#ifndef CONFIG_MMU
        unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
#endif
};

copy_to_user() 與 copy_from_user()

為了安全考慮，應(yīng)用進(jìn)程不能直接訪問內(nèi)核數(shù)據(jù)，需要借助這兩個函數(shù)拷貝：
static inline int copy_to_user(void __user volatile *to, const void *from, unsigned long n)
static inline int copy_from_user(void *to, const void __user volatile *from, unsigned long n)
返回非0 表示錯誤。

自動創(chuàng)建設(shè)備文件

自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)的工作是在驅(qū)動程序的入口函數(shù)中完成的，一般在 cdev_add 函數(shù)后面添加自動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)相關(guān)代碼。首先要創(chuàng)建一個 class 類， class 是個結(jié)構(gòu)體，定義在文件include/linux/device.h 里面。

使用 class_create 創(chuàng)建一個類：

extern struct class * __must_check __class_create(struct module *owner,
                                                  const char *name,
                                                  struct lock_class_key *key);

#define class_create(owner, name)               \
({                                              \
        static struct lock_class_key __key;     \
        __class_create(owner, name, &__key);    \
})

使用class_destroy 摧毀一個類：
extern void class_destroy(struct class *cls);

struct class {
        const char              *name;
        struct module           *owner;

        struct class_attribute          *class_attrs;
        const struct attribute_group    **dev_groups;
        struct kobject                  *dev_kobj;

        int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
        char *(*devnode)(struct device *dev, umode_t *mode);

        void (*class_release)(struct class *class);
        void (*dev_release)(struct device *dev);

        int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
        int (*resume)(struct device *dev);

        const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;
        const void *(*namespace)(struct device *dev);

        const struct dev_pm_ops *pm;

        struct subsys_private *p;
};

在創(chuàng)建完類后，要創(chuàng)建一個設(shè)備，使用 device_create創(chuàng)建一個設(shè)備：
struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);

摧毀一個設(shè)備：
extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);

創(chuàng)建類會在/sys/class/ 目錄下生成一個新的文件夾，其中包含屬于此類的設(shè)備文件夾。

IS_ERR 和 PTR_ERR

IS_ERR 可以判斷一個指針是否為空，PTR_ERR 將指針轉(zhuǎn)化為數(shù)值返回。

static inline long __must_check PTR_ERR(const void *ptr)
{
	return (long) ptr;
}

static inline long __must_check IS_ERR(const void *ptr)
{
	return IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}

代碼示例

#include <linux/fs.h>		 //file_operations聲明
#include <linux/module.h>    //module_init  module_exit聲明
#include <linux/init.h>      //__init  __exit 宏定義聲明
#include <linux/device.h>	 //class  devise聲明
#include <linux/uaccess.h>   //copy_from_user 的頭文件
#include <linux/types.h>     //設(shè)備號  dev_t 類型聲明
#include <asm/io.h>          //ioremap iounmap的頭文件

#define DEVICE_CNT 0	//設(shè)備號個數(shù)

struct led_device{
	dev_t devid;	//設(shè)備號
	int major;	//主設(shè)備號
	int minor;	//次設(shè)備號
	char* name = "led";	//驅(qū)動名
	struct cdev led_dev;	//cdev 結(jié)構(gòu)體
	struct class *class;	/* 類 	*/
	struct device* device;	//設(shè)備
};

struct led_device led;


static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}


static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}



/* 設(shè)備操作函數(shù) */
static struct file_operations led_fo = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.read = led_read,
	.write = led_write,
};

static int _init led_init()
{
	/*注冊字符設(shè)備驅(qū)動*/
	
	/*1.注冊設(shè)備號*/
	led.major = 0;	//由內(nèi)核自動分配主設(shè)備號
	if(led.major)	//如果分配了的話就注冊
	{
		led.devid = MKDEV(led.major,0);	
		register_chrdev_region(led.devid,DEVICE_CNT,led.name);	//將驅(qū)動注冊到內(nèi)核中
	}
	else{		//如果沒有分配的話
					//從0號（次設(shè)備號）開始申請
		alloc_chrdev_region(&led.devid,0,DEVICE_CNT,led.name);		//申請設(shè)備號
		led.major = MAJOR(led.devid);	//獲取主設(shè)備號
		led.minor = MANOR(led.devid);	//獲取次設(shè)備號
	}
	printk("newcheled major=%d,minor=%d\r\n",newchrled.major, newchrled.minor);	

	/*2.初始化 cdev 結(jié)構(gòu)體*/
	led.led_dev.woner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&led.led_dev,&led_fo);	//將操作函數(shù)初始化到cdev結(jié)構(gòu)體

	/*3.應(yīng)該是向鏈表中添cdev*/
	cdev_add(&led.led_dev,led.devid,DEVICE_CNT);	

	/*4.創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)*/
	led.class = class_create(THIS_MODULE,led.name);		//先創(chuàng)建一個類
	led.device = device_create(led.class,NULL,led.devid,NULL);	//創(chuàng)建設(shè)備

	return 0;
		
}

static void _exit led_exit()
{
	/* 注銷字符設(shè)備驅(qū)動 */
	cdev_del(&newchrled.cdev);/*  刪除cdev */
	unregister_chrdev_region(newchrled.devid, NEWCHRLED_CNT); /* 注銷設(shè)備號 */

	device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);
	class_destroy(newchrled.class);
}



/*注冊字符設(shè)備入口與卸載入口*/
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("zhoujianghong");

應(yīng)用open到file_operations->open 的調(diào)用原理

到此，關(guān)于“l(fā)inux下有哪些字符設(shè)備”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！