misc设备

WatchDog Timer驱动

混杂设备

Misc（或miscellaneous）驱动是一些拥有着共同特性的简单字符设备驱动。内核抽象出这些特性而形成一些API（在文件drivers/char/misc.c中实现），以简化这些设备驱动程序的初始化。所有的misc设备被分配同一个主设备号MISC_MAJOR(10)，但是每一个可以选择一个单独的次设备号。如果一个字符设备驱动要驱动多个设备，那么它就不应该用misc设备来实现。

通常情况下，一个字符设备都不得不在初始化的过程中进行下面的步骤：

通过alloc_chrdev_region()分配主/次设备号。

使用cdev_init()和cdev_add()来以一个字符设备注册自己。

而一个misc驱动，则可以只用一个调用misc_register()来完成这所有的步骤。

所有的miscdevice设备形成一个链表，对设备访问时，内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations中注册的文件操作方法进行操作。

在Linux内核中，使用struct miscdevice来表示miscdevice。这个结构体的定义为：

struct miscdevice  {

int minor;

const char *name;

const struct file_operations *fops;

struct list_head list;

struct device *parent;

struct device *this_device;

const char *nodename;

mode_t mode;

};

minor是这个混杂设备的次设备号，若由系统自动配置，则可以设置为MISC_DYNANIC_MINOR，name是设备名。

每一个misc驱动会自动出现在/sys/class/misc下，而不需要驱动程序作者明确的去做。Linux watchdog timer驱动被实现为misc 驱动，他们被放在drivers/char/watchdog/目录下。Watchdog 驱动也导出了一个标准设备接口到用户空间。这样就可以使符合这个接口的应用程序的实现独立于Watchdog硬件。这个API在内核树中的Documentation/watchdog/watchdog-api.txt文件中有详细的说明。

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。


下边是描述这个设备的结构体：

C-sharp代码

  1. struct miscdevice  {
  2. int minor;                               //次设备号
  3. const char *name;                        //设备的名称
  4. const struct file_operations *fops;     //文件操作
  5. struct list_head list;                  //misc_list的链表头
  6. struct device *parent;                  //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)
  7. struct device *this_device;             //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到
  8. };

然后来看看misc子系统的初始化函数：

C-sharp代码

  1. static int __init misc_init(void)
  2. {
  3. int err;
  4. #ifdef CONFIG_PROC_FS
  5. /*创建一个proc入口项*/
  6. proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);
  7. #endif
  8. /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/
  9. misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");
  10. err = PTR_ERR(misc_class);
  11. if (IS_ERR(misc_class))
  12. goto fail_remove;
  13. err = -EIO;
  14. /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/
  15. if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))
  16. goto fail_printk;
  17. return 0;
  18. fail_printk:
  19. printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);
  20. class_destroy(misc_class);
  21. fail_remove:
  22. remove_proc_entry("misc", NULL);
  23. return err;
  24. }
  25. /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/
  26. subsys_initcall(misc_init);

下边是register_chrdev函数的实现：

C-sharp代码

  1. int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
  2. const struct file_operations *fops)
  3. {
  4. struct char_device_struct *cd;
  5. struct cdev *cdev;
  6. char *s;
  7. int err = -ENOMEM;
  8. /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/
  9. cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);
  10. if (IS_ERR(cd))
  11. return PTR_ERR(cd);
  12. /*分配字符设备*/
  13. cdev = cdev_alloc();
  14. if (!cdev)
  15. goto out2;
  16. cdev->owner = fops->owner;
  17. cdev->ops = fops;
  18. /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/
  19. kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
  20. for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),‘/‘); s; s = strchr(s, ‘/‘))
  21. *s = ‘!‘;
  22. /*把这个字符设备注册到系统中*/
  23. err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);
  24. if (err)
  25. goto out;
  26. cd->cdev = cdev;
  27. return major ? 0 : cd->major;
  28. out:
  29. kobject_put(&cdev->kobj);
  30. out2:
  31. kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));
  32. return err;
  33. }

来看看这个设备的操作函数的集合：

C-sharp代码

  1. static const struct file_operations misc_fops = {
  2. .owner      = THIS_MODULE,
  3. .open       = misc_open,
  4. };

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

C-sharp代码

  1. static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
  2. {
  3. int minor = iminor(inode);
  4. struct miscdevice *c;
  5. int err = -ENODEV;
  6. const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;
  7. lock_kernel();
  8. mutex_lock(&misc_mtx);
  9. /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
  10. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
  11. if (c->minor == minor) {
  12. new_fops = fops_get(c->fops);
  13. break;
  14. }
  15. }
  16. if (!new_fops) {
  17. mutex_unlock(&misc_mtx);
  18. /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/
  19. request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
  20. mutex_lock(&misc_mtx);
  21. /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
  22. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
  23. if (c->minor == minor) {
  24. new_fops = fops_get(c->fops);
  25. break;
  26. }
  27. }
  28. if (!new_fops)
  29. goto fail;
  30. }
  31. err = 0;
  32. /*保存旧打开函数的地址*/
  33. old_fops = file->f_op;
  34. /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/
  35. file->f_op = new_fops;
  36. if (file->f_op->open) {
  37. /*使用具体设备的打开函数打开设备*/
  38. err=file->f_op->open(inode,file);
  39. if (err) {
  40. fops_put(file->f_op);
  41. file->f_op = fops_get(old_fops);
  42. }
  43. }
  44. fops_put(old_fops);
  45. fail:
  46. mutex_unlock(&misc_mtx);
  47. unlock_kernel();
  48. return err;
  49. }

再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：

C-sharp代码

  1. int misc_register(struct miscdevice * misc)
  2. {
  3. struct miscdevice *c;
  4. dev_t dev;
  5. int err = 0;
  6. /*初始化misc_list链表*/
  7. INIT_LIST_HEAD(&misc->list);
  8. mutex_lock(&misc_mtx);
  9. /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/
  10. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
  11. if (c->minor == misc->minor) {
  12. mutex_unlock(&misc_mtx);
  13. return -EBUSY;
  14. }
  15. }
  16. /*看是否是需要动态分配次设备号*/
  17. if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
  18. /*
  19. *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */
  20. *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];
  21. *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，
  22. *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。
  23. */
  24. int i = DYNAMIC_MINORS;
  25. while (--i >= 0)
  26. if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)
  27. break;
  28. if (i<0) {
  29. mutex_unlock(&misc_mtx);
  30. return -EBUSY;
  31. }
  32. /*得到这个次设备号*/
  33. misc->minor = i;
  34. }
  35. /*设置位图中相应位为1*/
  36. if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)
  37. misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);
  38. /*计算出设备号*/
  39. dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);
  40. /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/
  41. misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,
  42. "%s", misc->name);
  43. if (IS_ERR(misc->this_device)) {
  44. err = PTR_ERR(misc->this_device);
  45. goto out;
  46. }
  47. /*
  48. * Add it to the front, so that later devices can "override"
  49. * earlier defaults
  50. */
  51. /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/
  52. list_add(&misc->list, &misc_list);
  53. out:
  54. mutex_unlock(&misc_mtx);
  55. return err;
  56. }

这个是miscdevice的卸载函数：

C-sharp代码

  1. int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
  2. {
  3. int i = misc->minor;
  4. if (list_empty(&misc->list))
  5. return -EINVAL;
  6. mutex_lock(&misc_mtx);
  7. /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/
  8. list_del(&misc->list);
  9. /*删除设备节点*/
  10. device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));
  11. if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {
  12. /*释放位图相应位*/
  13. misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));
  14. }
  15. mutex_unlock(&misc_mtx);
  16. return 0;
  17. }

总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：

misc_register:

匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设号->创建设备文-

miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

misc_deregister:

从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。

时间： 2024-10-03 14:02:03

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