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本文将从代码级去理解Linux设备类和设备文件的创建过程。 一、设备类相关知识 设备类是虚拟的#xff0c;并没有直接对应的物理实物#xff0c;只是为了更好地管理同一类…以下内容源于微信公众号嵌入式企鹅圈有格式内容上的修改如有侵权请告知删除。
本文将从代码级去理解Linux设备类和设备文件的创建过程。 一、设备类相关知识 设备类是虚拟的并没有直接对应的物理实物只是为了更好地管理同一类设备导出到用户空间而产生的目录和文件。整个过程涉及到sysfs文件系统该文件系统是为了展示Linux设备驱动模型而构建的文件系统是基于ramfslinux根目录中的/sysfs即挂载了sysfs文件系统。Struct kobject数据结构是sysfs的基础kobject在sysfs中代表一个目录linux的驱动(struct driver)、设备(struct device)、设备类(struct class)均是从kobject进行派生的因此他们在sysfs中都对应于一个目录。数据结构中附属的struct device_attribute、driver_attribute、class_attribute等属性数据结构在sysfs中则代表一个普通的文件。Struct kset是struct kobject的容器即Struct kset可以成为同一类struct kobject的父亲而其自身也有kobject成员因此其又可能和其他kobject成为上一级kset的子成员。二、两种创建设备文件的方式 在设备驱动中cdev_add将struct file_operations和设备号注册到系统后为了能够自动产生驱动对应的设备文件需要调用class_create和device_create并通过uevent机制调用mdev嵌入式linux由busybox提供来调用mknod创建设备文件。当然也可以不调用这两个接口那就手工通过命令行mknod来创建设备文件。 三、设备类和设备相关数据结构 1include/linux/kobject.h [cpp] view plain copy struct kobject { const char *name;//名称 struct list_head entry;//kobject链表 struct kobject *parent;//即所属kset的kobject struct kset *kset;//所属kset struct kobj_type *ktype;//属性操作接口 … }; struct kset { struct list_head list;//管理同属于kset的kobject struct kobject kobj;//可以成为上一级父kset的子目录 const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;//uevent处理接口 }; 假设kobject A代表一个目录kset B代表几个目录包括A的共同的父目录。则A.ksetB;A.parentB.kobj.2include/linux/device.h [cpp] view plain copy struct class {//设备类 const char *name; //设备类名称 struct module *owner;//创建设备类的module struct class_attribute *class_attrs;//设备类属性 struct device_attribute *dev_attrs;//设备属性 struct kobject *dev_kobj;//kobject再sysfs中代表一个目录 … struct class_private *p;//设备类得以注册到系统的连接件 }; 3drivers/base/base.h [cpp] view plain copy struct class_private { //该设备类同样是一个kset包含下面的class_devices同时在class_subsys填充父kset struct kset class_subsys; struct klist class_devices;//设备类包含的设备kobject … struct class *class;//指向设备类数据结构即要创建的本级目录信息 }; 4include/linux/device.h [cpp] view plain copy struct device {//设备 struct device *parent;//sysfs/devices/中的父设备 struct device_private *p;//设备得以注册到系统的连接件 struct kobject kobj;//设备目录 const char *init_name;//设备名称 struct bus_type *bus;//设备所属总线 struct device_driver *driver; //设备使用的驱动 struct klist_node knode_class;//连接到设备类的klist struct class *class;//所属设备类 const struct attribute_group **groups; … } 5drivers/base/base.h [cpp] view plain copy struct device_private { struct klist klist_children;//连接子设备 struct klist_node knode_parent;//加入到父设备链表 struct klist_node knode_driver;//加入到驱动的设备链表 struct klist_node knode_bus;//加入到总线的链表 struct device *device;//对应设备结构 }; 6解释 class_private是class的私有结构class通过class_private注册到系统中device_private是device的私有结构device通过device_private注册到系统中。所谓注册到系统中即把相应的数据结构加入到系统已经存在的链表中但是这些链接的细节并不希望暴露给用户所以才有private的结构。而class和device则通过sysfs向用户层提供信息。四、创建设备类目录文件 1、在驱动通过cdev_add将struct file_operations接口集和设备注册到系统后即利用class_create接口来创建设备类目录文件。 led_class class_create(THIS_MODULE, led_class); __class_create(owner, name, __key); cls-name name;//设备类名 cls-owner owner;//所属module retval __class_register(cls, key); struct class_private *cp; //将类的名字led_class赋值给对应的kset kobject_set_name(cp-class_subsys.kobj, %s, cls-name); //填充class_subsys所属的父ksetket:sysfs/class. cp-class_subsys.kobj.kset class_kset; //填充class属性操作接口 cp-class_subsys.kobj.ktype class_ktype; cp-class cls;//通过cp可以找到class cls-p cp;//通过class可以找到cp //创建led_class设备类目录 kset_register(cp-class_subsys); //在led_class目录创建class属性文件 add_class_attrs(class_get(cls)) 2、继续展开kset_register kset_register(cp-class_subsys); kobject_add_internal(k-kobj); // parent即class_kset.kobj,即/sysfs/class对应的目录 parent kobject_get(kobj-parent); create_dir(kobj); //创建一个led _class设备类目录 sysfs_create_dir(kobj); //该接口是sysfs文件系统接口代表创建一个目录不再展开。 3.上述提到的class_kset在class_init被创建 class_kset kset_create_and_add(class, NULL, NULL); 第三个传参为NULL代表默认在/sysfs/创建class目录。 五、创建设备目录和设备属性文件 1、利用class_create接口来创建设备类目录文件后再利用device_create接口来创建具体设备目录和设备属性文件。 led_device device_create(led_class, NULL, led_devno, NULL, led); device_create_vargs dev-devt devt;//设备号 dev-class class;//设备类led_class dev-parent parent;//父设备这里是NULL kobject_set_name_vargs(dev-kobj, fmt, args)//设备名”led” device_register(dev)注册设备 2、继续展开device_register(dev) device_initialize(dev); dev-kobj.kset devices_kset;//设备所属/sysfs/devices/ device_add(dev) device_private_init(dev)//初始化device_private dev_set_name(dev, %s, dev-init_name);//赋值dev-kobject的名称 setup_parent(dev, parent);//建立device和父设备的kobject的联系 //kobject_add在/sysfs/devices/目录下创建设备目录ledkobject_add是和kset_register相似的接口只不过前者针对kobject后者针对kset。 kobject_add(dev-kobj, dev-kobj.parent, NULL); kobject_add_varg kobj-parent parent; kobject_add_internal(kobj) create_dir(kobj);//创建设备目录 //在刚创建的/sysfs/devices/led目录下创建uevent属性文件,名称是”uevent” device_create_file(dev, uevent_attr); //在刚创建的/sysfs/devices/led目录下创建dev属性文件名称是”dev”该属性文件的内容就是设备号 device_create_file(dev, devt_attr); //在/sysfs/class/led_class/目录下建立led设备的符号连接所以打开/sysfs/class/led_class/led/目录也能看到dev属性文件读出设备号。 device_add_class_symlinks(dev); //创建device属性文件包括设备所属总线的属性和attribute_group属性 device_add_attrs() bus_add_device(dev) //将设备加入总线 //触发uevent机制并通过调用mdev来创建设备文件。 kobject_uevent(dev-kobj, KOBJ_ADD); //匹配设备和总线的驱动匹配成功就调用驱动的probe接口不再展开 bus_probe_device(dev); 3、展开kobject_uevent(dev-kobj, KOBJ_ADD); kobject_uevent_env(kobj, action, NULL); kset top_kobj-kset; uevent_ops kset-uevent_ops; //即device_uevent_ops // subsystem即设备所属的设备类的名称”led_class” subsystem uevent_ops-name(kset, kobj); //devpath即/sysfs/devices/led/ devpath kobject_get_path(kobj, GFP_KERNEL); //添加各种环境变量 add_uevent_var(env, ACTION%s, action_string); add_uevent_var(env, DEVPATH%s, devpath); add_uevent_var(env, SUBSYSTEM%s, subsystem); uevent_ops-uevent(kset, kobj, env); add_uevent_var(env, MAJOR%u, MAJOR(dev-devt)); add_uevent_var(env, MINOR%u, MINOR(dev-devt)); add_uevent_var(env, DEVNAME%s, name); add_uevent_var(env, DEVTYPE%s, dev-type-name); //还会增加总线相关的一些属性环境变量等等。 #if defined(CONFIG_NET)//如果是PC的linux会通过socket的方式向应用层发送uevent事件消息但在嵌入式linux中不启用该机制。 #endif argv [0] uevent_helper;//即/sbin/mdev argv [1] (char *)subsystem;//”led_class” argv [2] NULL; add_uevent_var(env, HOME/); add_uevent_var(env,PATH/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin); call_usermodehelper(argv[0], argv,env-envp, UMH_WAIT_EXEC); 4、上述提到的devices_kset在devices_init被创建 devices_kset kset_create_and_add(devices, device_uevent_ops, NULL); //第三个传参为NULL代表默认在/sysfs/创建devices目录 5、上述设备属性文件 static struct device_attribute devt_attr __ATTR(dev, S_IRUGO, show_dev, NULL); static ssize_t show_dev(struct device *dev, struct device_attribute *attr,char *buf){{ return print_dev_t(buf, dev-devt);//即返回设备的设备号 } 6、devices设备目录响应uevent事件的操作 static const struct kset_uevent_ops device_uevent_ops { .filter dev_uevent_filter, .name dev_uevent_name, .uevent dev_uevent, }; 7、call_usermodehelper是从内核空间调用用户空间程序的接口。 8、对于嵌入式系统来说busybox采用的是mdev在系统启动脚本rcS中会使用命令“echo /sbin/mdev /proc/sys/kernel/hotplug”。 uevent_helper[]数组即读入/proc/sys/kernel/hotplug文件的内容即“/sbin/mdev” . 六、创建设备文件 以上描述都是在sysfs文件系统中创建目录或者文件而应用程序访问的设备文件则需要创建在/dev/目录下。该项工作由mdev完成。Mdev的原理解释/etc/mdev.conf文件定义的命名设备文件的规则并在该规则下根据环境变量的要求来创建设备文件。Mdev.conf由用户层指定因此更具灵活性。下面是mdev配置脚本最终我们会跟踪到mknod在/dev/目录下创建了设备文件。 [cpp] view plain copy Busybox/util-linux/mdev.c int mdev_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv) xchdir(/dev); if (argv[1] strcmp(argv[1], -s)//系统启动时mdev –s才会执行这个分支 else action getenv(ACTION); env_path getenv(DEVPATH); G.subsystem getenv(SUBSYSTEM); snprintf(temp,PATH_MAX, /sys%s, env_path);//到/sysfs/devices/led目录 make_device(temp,/*delete:*/ 0); strcpy(dev_maj_min,/dev); //读出dev属性文件得到设备号 open_read_close(path,dev_maj_min 1, 64); …. mknod(node_name,rule-mode | type, makedev(major, minor))
