基于linux内核的驱动开发

1 字符设备驱动框架
        1.1字符设备
            定义：只能以一个字节一个字节的方式读写的设备，不能随机的读取设备中中的某一段数据，读取数据需要按照先后顺序。（字符设备是面向字节流的）
            常见的字符设备：鼠标 键盘 串口 控制台 
            块设备：可以从设备的任意位置读取一定长度数据的设备。
            常见的块设备：硬盘 磁盘 光盘 U盘 SD卡 tf卡。。
        1.2字符设备驱动框架
            init流程：--》HelloModule
                {
                    1 申请设备号（静态申请 动态申请）
                    2 创建一个字符设备
                    3 初始化字符设备
                    4 将设备号和字符设备关联起来
                }
            exit流程：--》HelloExit
                {
                    1 删除字符设备
                    2 删除设备号   
                }
        
        买车：
            1 申请车牌号（静态申请 动态申请） 陕U.88888
            2 买车
            3 将车牌号和车关联起来
        卖车：
            1 卖车
            2 注销车牌号
        
        1.2.1设备号
            定义：设备号是设备在内核中的身份和标识，是内核区分不同设备的唯一信息，设备号是由主设备号和次设备号构成，主设备号表示一类设备，次设备号表示该类设备中的某一个设备。
            设备号：是一个32bit的无符号整数，高12bit是主设备号，低20bit是次设备号。
            《linux/kdev_t.h》
            #define MINORBITS    20
            #define MINORMASK    ((1U << MINORBITS) - 1)
            #define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
            #define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))
            #define MKDEV(ma,mi)    (((ma) << MINORBITS) | (mi))
        1.2.2申请设备号
            申请设备号有两种方式：静态申请 动态申请
            静态申请设备号：
            int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
                    作用：静态申请设备号
                    from：设备号（由主次设备号构成）
                    count：子设备个数
                    *name：设备名称
                    返回值：0 成功 非0 失败

            void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)
                    作用：从内核中移除设备号
                    from：设备号（由主次设备号构成）
                    count：子设备个数
            动态申请设备号：
            int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,
            const char *name)
                作用：动态申请设备号
                *dev:指向设备号的指针
                baseminor：子设备的第一个编号
                count：子设备个数
                *name：设备名称
                返回值：0 成功 非0 失败
        1.2.3创建字符设备
            struct cdev *cdev_alloc(void)
                作用：创建一块用于存放字符设备的空间
                返回值：是指向创建成功的字符设备的指针
                在Linux内核中用struct cdev来描述一个字符设备
        struct cdev {
            struct kobject kobj;--》内嵌的内核对象
            struct module *owner;--》该字符设备所在的内核模块的对象指针
            const struct file_operations *ops;--》指向操作字符设备的方法集
            struct list_head list;--》用来将已向内核注册的所有字符设备形成链表
            dev_t dev;--》设备号（由主设备号和次设备号构成）
            unsigned int count;--》隶属于同一个主设备号的次设备个数
            };
            void cdev_del(struct cdev *p)
                作用：删除字符设备
                *p：指向字符设备的指针
        1.2.4初始化字符设备--》绑定驱动方法
        void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
                作用：初始化字符设备
                *cdev：指向字符设备的指针
                *fops：指向操作字符设备的函数集的指针
        1.2.5将字符设备和设备号关联
            int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
            作用：将字符设备和设备号关联，并将字符设备添加到内核中
            *p：指向字符设备的指针
            dev：设备号
            count：子设备的个数
            返回值：成功为0   失败非0

        测试步骤：
            1 sudo insmod hello.ko
            2 dmesg |tail -->250 0
            3 cat /proc/devices-->查看设备号   250 0
            4 sudo mknod /dev/haha0 c 250 0
            5 ls -l /dev/haha*--->查看创建字符设备文件
            6 sudo ./test-->open hahao ok!
            7 dmesg |tail-->helloopen/helloClose
            8 sudo rmmod hello.ko
            9 sudo rm /dev/haha0

        区分字符设备驱动框架中使用的三个结构体：
            struct file:代表内核中一个打开的文件。系统中每个打开的文件在内核中都有一个关联的struct file。
            struct inode:用来记录文件在物理上的信息。它和打开文件struct file结构不同，一个文件可以对应多个struct file，但是只有一个struct inode.
            struct file_operations:是内核给用户提供的驱动接口函数集，用户可以定义函数集中的任何驱动方法。（对于不支持的一般不写）  

            字符设备文件--》250 0<--字符设备(helloopen/helloclose)
            mice----------->鼠标
            sudo cat mice
                
     2 实现用户空间和内核空间的数据拷贝
        用户代码对字符设备的任何操作，最终都要落实到设备对应的底层操作函数上
        内核空间--》用户空间     read-->HelloRead
        用户空间--》内核空间     write--》HelloWrite

        应用层 ：fd=open("/dev/haha0")
                   read(fd,)
                    close(fd)
       驱动层：
            增加HelloRead
            ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
        char g_buf[]="hellotest----";
        ssize_t HelloRead(struct file *pFile,char __user *buf,size_t count,loff_t *p)
            {
                copy_to_user（buf,g_buf,count）;
            }

            unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, 
                                        unsigned long n)
                    作用：从内核空间向用户空间拷贝数据
                *to：用户空间指针
                *from：内核空间指针（数据源）
                n：拷贝的字节数

            copy_from_user
       
      测试步骤:
            1 sudo insmod hello.ko
            2 dmesg |tail
            3 sudo mknod /dev/haha0 c 250 0
            4 ls -l /dev/hah*
            5 sudo ./test-->查看是否读到数据？
            6 sudo rmmod hello
            7 sudo rm /dev/haha0