标签：深入了解Linux设备注册和驱动，开启高效编程之旅 (linux设备注册和驱动)

Linux作为一种开源操作系统，其开放性和强大的适应性在全球范围内得到广泛认可和应用。不仅如此，Linux也有着出色的开发者社区，为开发人员提供了许多优秀的工具和框架。其中，Linux设备注册和驱动就是其中之一，它可以帮助程序员在开发Linux应用程序时提供更加出色的高效编程体验。 什么是Linux设备注册和驱动？ Linux设备注册和驱动可以理解为一堆代码，帮助Linux内核识别硬件并使硬件在Linux环境下发挥作用。也就是说，设备驱动程序是用来控制硬件设备的，这些设备可以是内部设备如存储等，也可以是外部设备如打印机、鼠标等。 设备驱动程序必须和硬件设备紧密匹配，才能够完成必要的控制功能。在Linux中，设备注册和驱动程序的编写和管理是由内核虚拟文件系统（VFSD）来负责的。 显然，Linux设备注册和驱动程序的重要性不言而喻，它们直接与Linux操作系统的应用程序编写有着密切的联系。因此，我们深入了解Linux设备注册和驱动程序对于开发高效Linux应用程序是非常有益的。 如何创建Linux设备驱动程序？ Linux的设备驱动程序有两种类型，一种是字符设备驱动程序，另一种是块设备驱动程序。字符设备驱动程序是指那些每次读取一个字符或写入一个字符的设备。块设备驱动程序是指那些对设备进行块或扇区读写操作的设备。 接下来我们来看看如何创建Linux设备驱动程序。 你需要知道驱动程序所操作的设备在Linux文件系统的哪个位置。例如，/dev/hda是硬盘的路径，/dev/sda表示存储器设备的路径，/dev/ttyX表示控制台设备的路径等。在创建设备驱动程序时，通过创建设备文件来表明设备路径，这样内核就可以将设备响应你的驱动程序。 另外，设备驱动程序还需要实现一些自定义函数，比如设备打开函数、设备关闭函数、设备读函数、设备写函数等。这些函数的实现可以根据设备操作的需求，来为驱动程序提供基本的操作功能。例如，当我们打开一个设备时，内核启动设备打开函数，该函数可在打开设备时分配必要的内存、为设备进行数据初始化等操作。 在文件系统的角度来看，设备驱动程序是一种特殊类型的内核程序，需要在Linux内核启动时加载。而在开发Linux设备驱动程序时，需要使用Linux内核提供的一些开发工具，如Kbuild、Kconfig等来帮助完成驱动程序的构建。 Linux设备驱动程序的开发流程可以大致归纳为以下几步： * 了解硬件特性并决定设备类型。 * 完成设备驱动程序的框架设计，并实现各自定义函数。 * 在内核虚拟文件系统中注册设备驱动程序。 * C编译器编译驱动程序。 * 链接驱动程序，并打包为模块。 * 加载设备驱动程序模块。 * 通过设备文件操作硬件设备。 当然，开发Linux设备驱动程序并非易事，它需要开发者具备良好的Linux内核知识和相应的编程技巧。 Linux设备驱动程序的应用 Linux设备驱动程序在很多硬件设备上都有广泛的应用。例如，Linux内核中自带的驱动程序就包含了很多驱动代码，如IDE硬盘驱动程序、串行接口设备驱动程序等。此外，Linux的应用范围越来越广泛，因此也需要越来越多的驱动程序来支持各种硬件设备，并帮助开发人员更好地进行开发。 结论 Linux是一种适应性强、开放性高的操作系统，Linux设备注册和驱动程序的开发，对于提升Linux操作系统的性能是至关重要的。本文对Linux设备注册和驱动程序进行了介绍，并介绍了如何创建设备驱动程序及其应用。开发Linux设备驱动程序不仅需要掌握相应的内核知识和编程技巧，还需要有足够的耐心、毅力和专注力。只有这样，才能将你的编程技能发挥到更大，并带来更出色的高效编程体验。 相关问题拓展阅读： 怎样写linux下的USB设备驱动程序 如何在嵌入式LINUX中增加自己的设备驱动程序 怎样写linux下的USB设备驱动程序 USB驱动程序基础 在动手写USB驱动程序这前，让我们先看看写的USB驱动程序在内核中的结构，如下图：   USB驱动程序存在于不同的内核子系统和USB硬件控制器之间，USB核心为USB驱动程序提供了一个用于访问和控制USB硬件的接口，而不必考虑系统当前存在的各种不同类型的USB硬件控制器。USB是一个非常复杂的设备，linux内核为我们提供了一个称为USB的核心的子系统来处理大部分的复杂性，USB设备包括配置(configuration)、接口（interface）和端点(endpoint)，USB设备绑定到接口上，而不是整个USB设备。如下图所示：   USB通信最基本的形式是通过端点（USB端点分中断、批量、等时、控制四种，每种用途不同），USB端点只能往一个方向传送数据，从主机到设备或者从设备到主机，端点可以看作是单向的管道（pipe）。所以我们可以这样认为：设备通常具有一个或者更多的配置，配置经常具有一个或者更多的接口，接口通常具有一个或者更多的设置，接口没有或具有一个以上的端点。驱动程序把驱动程序对象注册到USB子系统中，稍后再使用制造商和设备标识来判断是否已经安装了硬件。USB核心使用一个列表（是一个包含制造商ID和设备号ID的一个结构体）来判断对于一个设备该使用哪一个驱动程序，热插拨脚本使用它来确定当一个特定的设备插入到系统时该自动装载哪一个驱动程序。 上面我们简要说明了驱动程序的基本理简亮论，在写一个设备驱动程序之前，我们还要了解以下两个概念：模块和设备文件。 模块：是在内核空间运行的程序，实际上是一种目标对象文件，没有链接，不能独立运行，但是可以装载到系统中作为内带咐桥核的一部分运行，从而可以动态扩充内核的功能。模块最主要的用处就是用来实现设备驱动程序。Linux下对于一个硬件的驱动，可以有两种方式：直接加载到内核代码中，启动内核时就会驱动此硬件设备。另一种就是以模块方式，编译生成一个.ko文件(在2.4以下内核中是用.o作模块文件，我们以2.6的内核为准，以下同)。当应用程序需要时再加载到内核空间运行。所以我们所说的一个硬件的驱动程序，通常指的就是一个驱动模块。 设备文件：对于一个设备，它可以在/dev下面存在一个对应的逻辑设备节点，这个节点以文件的形式存在，但它不是普通意义上的文件，它是设备文件，更确切的说，它是设备节点。这个节点是通过mknod命令建立的，其中指定了主设备号和次设备号。主设备号表明了某一类设备，一般对应着确定的驱动程序；次设备号一般是区分不同属性，例如不同的使用方法，不同的位置，不同的操作。这个设备号是从/proc/devices文件中获得的，所以一般是先有驱动程序在内核中，才有设备节点在目录中。这个设备号（特指主设备号）的主要作用，就是声明设备所使用的驱动程序。驱动程序和设备号是一一对应的，当你打开一个设备文件时，操作系统就已经知道这个设备所对应的驱动程序。对于一个硬件，Linux是这样来进行驱动的：首先，我们必须提供一个.ko的驱动模块文件。我们要使用这个驱动程序，首先要加载它，我们可以用inod xxx.ko，这样驱动就会根据自己的类型（字符设备类型或块设备类型，例如鼠标就是字符设备而硬盘就是块设备）向系统注册，注册成功系统会反馈一个主设备号，这个主设备号就是系统对它的唯一标识。驱动就是根据此主设备号来创建一个一般放置在/dev目录下的设备文件。在我们要访问此硬件时，就可以对设备文件通过open、read、write、close等命令进行。而驱动就会接收到相应的read、write操作而根据自己的模块中的相应函数进行操作了。 　　 　　USB驱动程序实践 了解了上述理论后，我们就可以动手写驱动程序，如果你基本功好，而且写过linux下的硬件驱动，USB的硬件驱动和pci_driver很类似，那么写USB的驱动就比较简单了，如果你只是大体了解了linux的硬件驱动，那也不要紧，因为在linux的内核源码中有一个框架程序可以拿来借用一下，这个框架程序在/usr/src/~（你的内核蠢猛版本，以下同）/drivers/u下，文件名为u-skeleton.c。写一个USB的驱动程序最基本的要做四件事：驱动程序要支持的设备、注册USB驱动程序、探测和断开、提交和控制urb（USB请求块）（当然也可以不用urb来传输数据，下文我们会说到）。 驱动程序支持的设备：有一个结构体struct u_device_id，这个结构体提供了一列不同类型的该驱动程序支持的USB设备，对于一个只控制一个特定的USB设备的驱动程序来说，struct u_device_id表被定义为： /* 驱动程序支持的设备列表 */ static struct u_device_id skel_table = {     { USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID, USB_SKEL_PRODUCT_ID) },     { }      /* 终止入口 */ }; MODULE_DEVICE_TABLE (u, skel_table); 对于PC驱动程序，MODULE_DEVICE_TABLE是必需的，而且u必需为该宏的之一个值，而USB_SKEL_VENDOR_ID和USB_SKEL_PRODUCT_ID就是这个特殊设备的制造商和产品的ID了，我们在程序中把定义的值改为我们这款USB的，如： /* 定义制造商和产品的ID号 */ #define USB_SKEL_VENDOR_ID    0x1234 #define USB_SKEL_PRODUCT_ID    0x2345 这两个值可以通过命令lsu，当然你得先把USB设备先插到主机上了。或者查看厂商的USB设备的手册也能得到，在我机器上运行lsu是这样的结果： Bus 004 Device 001: ID 0000:0000  Bus 003 Device 002: ID 1234:2345  Abc  Corp. Bus 002 Device 001: ID 0000:0000  Bus 001 Device 001: ID 0000:0000 得到这两个值后把它定义到程序里就可以了。 注册USB驱动程序：所有的USB驱动程序都必须创建的结构体是struct u_driver。这个结构体必须由USB驱动程序来填写，包括许多回调函数和变量，它们向USB核心代码描述USB驱动程序。创建一个有效的struct u_driver结构体，只须要初始化五个字段就可以了，在框架程序中是这样的： static struct u_driver...