Linux设备管理文件系统，mdev，热插拔

努力成为linux kernel hacker的人李万鹏原创作品，为梦而战。转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/05/15/6422862.aspx

每次写驱动都要手动创建设备文件过于麻烦，使用设备管理文件系统则方便很多。在2.6的内核以前一直使用的是devfs，但是它存在许多缺陷。它创建了大量的设备文件，其实这些设备更本不存在。而且设备与设备文件的映射具有不确定性，比如U盘即可能对应sda，又可能对应sdb。没有足够的主/辅设备号。2.6之后的内核引入了sysfs文件系统，它挂载在/sys上，配合udev使用，可以很好的完成devfs的功能，并弥补了那些缺点。（这里说一下，当今内核已经使用netlink了，由于我才疏学浅这里暂不介绍）。
udev是用户空间的一个应用程序，在嵌入式中用的是mdev，mdev在busybox中。mdev是udev的精简版。
首先在busybox中添加支持mdev的选项：

Linux System Utilities ---> 
    [*] mdev 
    [*]   Support /etc/mdev.conf 
    [*]     Support subdirs/symlinks 
    [*]       Support regular expressions substitutions when renaming device 
    [*]     Support command execution at device addition/removal

最后修改/etc/fstab:

# device  mount-point     type      options    dump    fsck order
#----------------------------------------------------------------
procfs    /proc           proc      defaults    0      0
sysfs     /sys            sysfs     defaults    0      0
tmpfs     /dev/shm        tmpfs     defaults    0      0
usbfs     /proc/bus/usb   usbfs     defaults    0      0
ramfs     /dev            ramfs     defaults    0      0
none      /dev/pts        devpts    mode=0622   0      0

然后修改/etc/init.d/rcS:

# Mount virtual filesystem
/bin/mount -t     proc     procfs    /proc
/bin/mount -n -t  sysfs    sysfs     /sys
/bin/mount -n -t  usbfs    usbfs     /proc/bus/usb
/bin/mount -t     ramfs    ramfs     /dev

# Make dir
/bin/mkdir -p /dev/pts
/bin/mkdir -p /dev/shm
/bin/mkdir -p /var/log
/bin/mount -n -t devpts none     /dev/pts -o mode=0622
/bin/mount -n -t tmpfs tmpfs     /dev/shm

# Make device node
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s

重新打包文件系统，这样/sys目录，/dev目录就有东西了。

如下是我的PWM驱动程序的初始化函数。调用create_class在/sys目录下创建类，调用device_create在/dev目录下创建设备节点。
下面是create_class的原型：

/* This is a #define to keep the compiler from merging different
 * instances of the __key variable */
#define class_create(owner, name)		\
({						\
	static struct lock_class_key __key;	\
	__class_create(owner, name, &__key);	\
})
extern struct class * __must_check __class_create(struct module *owner,
						  const char *name,
						  struct lock_class_key *key);

class_destroy的原型如下：

extern void class_destroy(struct class *cls);

device_create的原型如下：

extern struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent,
				    dev_t devt, void *drvdata,
				    const char *fmt, ...)
				    __attribute__((format(printf, 5, 6)));

device_destroy的原型如下：

extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);

现在简单说一下mdev的基本原理：
执行mdev -s
以'-s'为参数调用位于/sbin目录下的mdev(其实是个链接，作用是传递参数给/bin目录下的busybox程序并调用它)，mdev扫描/sys/class和/sys/block中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为“dev”的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些为这个设备在/dev下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次“mdev -s”；
热插拔事件：由于启动运行了命令：echo /sbin/mdev > proc/sys/kernel/hotplug，那么当有热插拔事件产生时，内核就会调用位于/sbin目录的mdev。这时mdev通过环境变量中的ACTION和DEVPATH，(这两个变量是系统自带的)来确定此次热插拔事件的动作以及影响了/sys中的那个目录。接着会看看这个目录中是否有"dev"的属性文件，如果有就利用这些信息为这个设备在/dev下创建设备节点文件。

下边是我写的PWM程序：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <asm/io.h>
#include <plat/regs-timer.h>
#include <linux/clk.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/fs.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
int MYPWM_MAJOR = 0;
int MYPWM_MINOR = 0;
#define MYPWM_NAME "lwp-bell"
dev_t dev_num;
struct class *pwm;
struct cdev *pwm_cdev;

/*打开设备*/
int mypwm_open(struct inode*inode, struct file*filp){
	printk("/dev/lwp-bell is open\n");
	return 0;
}

int mypwm_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg){

	if(cmd == 0){
		s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0, S3C2410_GPB0_OUTP);
		s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB0, 0);
	}
	else{
		unsigned long tcon;
		unsigned long tcnt;
		unsigned long tcfg0;
		unsigned long tcfg1;
		struct clk *clk_p;
		unsigned long pclk;
		s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0, S3C2410_GPB0_TOUT0);
		tcfg0 = __raw_readl(S3C2410_TCFG0);
		tcfg1 = __raw_readl(S3C2410_TCFG1);
		tcfg0 &= ~S3C2410_TCFG_PRESCALER0_MASK;
		tcfg0 |= (50-1);
		tcfg1 &= ~S3C2410_TCFG1_MUX0_MASK;
		tcfg1 |= S3C2410_TCFG1_MUX0_DIV16;
		__raw_writel(tcfg0, S3C2410_TCFG0);
		__raw_writel(tcfg1, S3C2410_TCFG1);
		clk_p = clk_get(NULL,"pclk");
		/*从系统平台时钟队列中获取pclk的时钟频率，在include/linux/clk.h中定义*/
		pclk = clk_get_rate(clk_p);
		/*计算定时器0的输出时钟频率(pclk/{prescaler0 + 1}/divider value)*/
		tcnt = pclk/50/16/cmd;
		__raw_writel(tcnt, S3C2410_TCNTB(0));
		__raw_writel(tcnt/2,S3C2410_TCMPB(0));
		tcon = __raw_readl(S3C2410_TCON);
		/*关闭死区、自动重载、关反相器、更新TCNTB0&TCMPB0、启动定时器0*/
		tcon &= ~0x1f;
		tcon |= 0xb;
		__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
		/*//清除定时器0的手动更新位*/
		tcon &= ~2;
		__raw_writel(tcon, S3C2410_TCON);
	}
	return 0;
}

int mypwm_close(struct inode*inode, struct file*filp){
	printk("/dev/lwp-bell is closed\n");
	return 0;
}

struct file_operations mypwm_ops={
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = mypwm_open,
	.release = mypwm_close,
	.ioctl = mypwm_ioctl,
};

void mypwm_setup(void){
	dev_t num;
	num = MKDEV(MYPWM_MAJOR, MYPWM_MINOR);
	cdev_init(pwm_cdev, &mypwm_ops);
	cdev_add(pwm_cdev, num, 1);                                      //注册cdev结构体
}

static int __init mypwm_init(void){
	int ret;
	ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, MYPWM_MINOR,1, MYPWM_NAME);  //让系统来分配设备号
	if(ret < 0)
		printk("can't get major number\n");
	MYPWM_MAJOR = MAJOR(dev_num);
	pwm_cdev = kmalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);             //动态申请cdev结构体的内存
	if(!pwm_cdev){
		return -ENOMEM;
	}
	memset(pwm_cdev, 0, sizeof(pwm_cdev));
	mypwm_setup();                                                    //填充cdev结构体的成员
	pwm = class_create(THIS_MODULE,MYPWM_NAME);                       //创建/sys下的类
	if(IS_ERR(pwm)){
		printk("ERROR: Fail to create lwp-bell class\n");
	}
	device_create(pwm,NULL,dev_num,NULL,MYPWM_NAME);                   //创建设备文件
	printk("pwm driver lwp-bell is registered success\n");
	return 0;
}

static void __exit mypwm_exit(void){
	unregister_chrdev_region(dev_num,1);            /*归还设备号*/
	device_destroy(pwm,dev_num);                    /*删除设备文件*/
	class_destroy(pwm);                             /*删除类*/
	kfree(pwm_cdev);                                /*释放设备结构体内存*/ 
	cdev_del(pwm_cdev);                             /*注销cdev*/
	printk("pwm driver lwp-bell is removed success\n");
}

module_init(mypwm_init);
module_exit(mypwm_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("liwanpeng");

用户程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>

int main(){
	int fd, cmd;
	cmd = 0;
	fd = open("/dev/lwp-bell",O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("cannot open /dev/lwp-bell\n");
		exit(1);
	}
	while(1){
		scanf("%d", &cmd);
		printf("cmd is %d\n",cmd);
		ioctl(fd, cmd);
		if(cmd <= 0)
			break;
	}
	close(fd);
	return 0;
}