主、次设备号

可以看到 inode 结构包含了大量有关文件的信息，但通常情况下对设备驱动程序开发有 用的成员有下面两个：

n dev_t i_rdev;

该成员表示设备文件的 inode 结构，它包含了真正的设备编号（将在下一节介绍设备编号）。

n struct cdev *i_cdev;

该成员表示字符设备的内核的内部结构，当 inode 指向一个字符设备文件时，该成员包含 了指向 struct cdev 结构的指针，其中 cdev 结构是字符设备结构体。

其实关于 Linux 字符设备驱动开发还有一些其它的数据结构，这里只介绍了最经常使用 的三个结构体，在后面的章节中还会介绍其他的数据结构。

6.1.2 主、次设备号

对字符设备的访问是通过文件系统内的设备名称进行的，那些文件被称为设备文件，他 们通常位于/dev 目录下。在/dev 目录下，通过 ls –l 命令可以查看系统中的字符设备和块设 备。例如在系统中利用 ls –l 命令查看设备显示如下：

brw-rw---- 1 root disk 15, 0 Jan 30 2003 cdu31a brw-rw---- 1 root disk 24, 0 Jan 30 2003 cdu535 crw-rw---- 1 root disk 67, 0 Jan 30 2003 cfs0 brw-rw---- 1 root disk 30, 0 Jan 30 2003 cm205cd brw-rw---- 1 root disk 32, 0 Jan 30 2003 cm206cd drwxr-xr-x 2 root root 4096 Oct 24 17:43 compaq crw--- 1 root root 5, 1 Feb 11 15:15 console crw--- 1 root root 1, 6 Jan 30 2003 core drwxr-xr-x 18 root root 4096 Oct 24 17:43 cpu crw-rw---- 1 root uucp 5, 64 Jan 30 2003 cua0 crw-rw---- 1 root uucp 5, 65 Jan 30 2003 cua1 crw-rw---- 1 root uucp 5, 66 Jan 30 2003 cua2 crw-rw---- 1 root uucp 5, 67 Jan 30 2003 cua3

crw-rw---- 1 root uucp 205, 16 Jan 30 2003 cuam0 crw-rw---- 1 root uucp 205, 17 Jan 30 2003 cuam1 crw-rw---- 1 root uucp 205, 18 Jan 30 2003 cuam2 crw-rw---- 1 root uucp 205, 19 Jan 30 2003 cuam3 crw-rw---- 1 root uucp 44, 0 Jan 30 2003 cui0

上面只列举了部分的设备，其中第一列中第一个字符为 c（character）的行代表的是字 符设备，为 b（block）的行代表为块设备。在日期的前面有两个数字，并且用逗号分开，这 两个数字就是相应设备的主设备号和次设备号。读者会问，用主设备号和次设备号干什么？

通常主设备号用来标识该设备对应的驱动程序，而次设备号是由内核使用，用于正确确定设 备文件所指的设备。上述设备中/dev/ console，/dev/ cua0，/dev/ cua1，/dev/ cua2，/dev/ cua3 的主设备号都是 5，所以这些设备都由驱动程序 5 管理。现代的 Linux 内核允许多个驱动程 序共享主设备号，但是大多数设备仍然按照“一个主设备号对应一个驱动程序”的原则安排。

6.1.2.1 主、次设备号的内部表示

在内核中，用 dev_t 类型来保存设备编号（包括主设备号和次设备号）。在 Linux 2.6.10 版本中，dev_t 是一个 32 位的数，其中用 12 位表示主设备号，而其余 20 位用来表示次设备 号。要获得 dev_t 的主设备号和次设备号，应使用以下宏：

n MAJOR(dev) n MINOR(dev)

这两个宏定义在<include/linux/kdev_t.h>文件中，具体定义如下：

#define MAJOR(dev) ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))

#define MINOR(dev) ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

通过定义可以看出，获得主、次设备号的方法就是通过左移和位与获得，相反，如果需 要将主设备号和次设备号转换成 dev_t 类型，则使用以下宏：

n MKDEV(int major, int minor)

这个宏的定义也在<include/linux/kdev_t.h>文件中，具体定义如下：

#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

这个宏的实现通过对主设备号移位后然后与次设备号或而产生。关于主设备号的定义在

<include/linux/major.h>文件中，关于设备号的分配可参考内核中<Documentation/devices.txt>

文件。

在内核 2.6 以前，限定 255 个主设备号和 255 个次设备号，在计算机硬件飞速发展的时 代，这些设备号已经不能满足大量设备的需求，所以在内核 2.6 版本中，它可以容量大于 255 个的设备。

6.1.2.2 静态分配和释放主设备号

在建立一个字符设备之前，首先要获得一个设备编号，在 Linux 2.6.10 内核中，该工作 通过 register_chrdev_region 函数完成。该函数在 include/linux/fs.h 文件中声明，该函数的原 型如下：

int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

其中，参数 from 是要分配的设备编号范围的起始值；参数 count 是所请求的连续设备 编号的个数；如果 count 值非常大，则所请求的范围可能和下一个主设备号重叠，但是只要

所申请的编号范围是可用的，则不会带来任何问题。参数 name 是和该编号范围关联的设备 名称。该函数在分配字符设备号成功时返回 0，在错误情况下，将返回一个负的错误码，并 且不能使用所请求的编号区域。

无论采用 register_chrdev_region 静态分配设备号还是下一节介绍的 alloc_chrdev_region 函数动态分配设备编号，都必须在不再使用这些设备编号时释放它们，释放设备编号使用 unregister_chrdev 函数，该函数的原型如下：

int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)

其中，参数 major 为要释放设备的主设备号，参数 name 为相关的设备名称。

6.1.2.3 动态分配主设备号

如果我们提前知道所需要的设备编号，那么使用 register_chrdev_region 函数非常合适，

但是经常我们不知道设备要使用哪些主设备号，在运行过程中通常使用 alloc_chrdev_region 函数，内核将会恰当地动态分配所需主设备号，该函数原型如下：

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

其中，参数 dev 是仅用于输出的参数，在成功完成调用后将保存已分配范围的第一个编 号；参数 baseminor 是要使用的被请求的第一个次设备号，它通常是 0；参数 count 为所请 求的连续设备编号的个数；参数 name 是和该编号范围关联的设备名称。

对于一个新的驱动程序，笔者强烈建议不要随意选择一个当前没有被使用的设备号作为 主设备号，而应该 使用动态分 配机制获得主 设备 号。也就是说，建 议读者经常 使用 alloc_chrdev_region 函数而取代 register_chrdev_region 函数。动态分配相对方便且安全，但 是它也有缺点，由于分配的主设备号不能保证始终一致，所以无法预先创建设备节点，对于 设备号变量 major，初始化该变量的值为 MY_MAJOR，MY_MAJOR 的默认值取 0，也就是 选择动态分配。用户可以使用这个默认值或选择某个特定的主设备号，而且既可以在编译前

error = alloc_chrdev_region(&dev, minor_start, num, name);

if (!error) {

major = MAJOR(dev);

driver->minor_start = MINOR(dev);

} } else {

dev = MKDEV(major, minor_start);

error = register_chrdev_region(dev, num, name);

}

if (error < 0) {

kfree(p);

return error;

}

……

到此为止，对字符设备的一些基本知识有了一个大体的介绍，下面让我们进入最为期待 的字符驱动程序的实例开发。