linux字符设备放在“/dev”目录中。字符设备是指只能一个字节一个字节进行读写操作的设备，一般每个字符设备或者块设备都会在“/dev”目录下对应一个设备文件，并且每个设备文件都必须有主/次设备号，主设备号相同的设备是同类设备，使用同一个驱动程序。
本教程操作环境：linux7.3系统、Dell G3电脑。
1、Linux设备驱动分类
Linux系统将设备分为三个类：字符设备、块设备、网络设备，在这三大类中，字符设备相对比较简单，应用程序通过字符设备文件来访问字符设备，本讲主要介绍字符设备，如果对块设备和网络设备感兴趣的话，可以参看相关资料，并对其进行深入了解。
2、什么是字符设备？
字符设备是指只能一个字节一个字节进行读写操作的设备，不能随机读取设备中的某一数据、读取数据要按照先后顺序。字符设备是面向流的设备，常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED等。
一般每个字符设备或者块设备都会在/dev目录下对应一个设备文件，并且每个设备文件都必须有主/次设备号，主设备号相同的设备是同类设备，使用同一个驱动程序。
Linux用户层程序通过设备文件来使用驱动程序操作字符设备或块设备。
可以通过
cat /proc/devices
命令查看当前已经加载的设备驱动程序的主设备号。
通过在/dev目录下执行命令
ls -l
可以看到所有设备文件的主设备号和次设备号：
对常见设备文件作如下说明：
/dev/hd[a-t]：IDE设备 /dev/sd[a-z]：SCSI设备 /dev/fd[0-7]：标准软驱 /dev/md[0-31]：软raid设备 /dev/loop[0-7]：本地回环设备 /dev/mem：内存 /dev/null：无限数据接收设备,相当于黑洞 /dev/zero：无限零资源 /dev/tty[0-63]：虚拟终端 /dev/ttyS[0-3]：串口 /dev/lp[0-3]：并口 /dev/console：控制台 /dev/fb[0-31]：framebuffer /dev/cdrom => /dev/hdc /dev/modem => /dev/ttyS[0-9] /dev/pilot => /dev/ttyS[0-9]
3、如何建立设备文件？
建立设备文件有两种方式，一是通过系统调用mknod()，编程中调用该函数可以建立一个新的设备文件名，另外一种就是通过mknod命令，命令的第一个参数为设备文件名，第二个参数为设备类型，比如c表示字符设备，第三、四个参数为设备文件的主设备号和次设备号，比如231和0。主设备号和次设备号合起来唯一的确定一个设备，同一个设备不同类型的主设备号是一样的，次设备号不同，比如一个硬盘的多个分区就有不同的次设备号，通过主设备号就可以把设备文件与驱动程序关联起来。
mknod filename type major minor
- filename：要创建的设备文件名；
- type：设备类型，c代表一个字符设备，b代表一个块设备；
- major：主设备号；
- minor：次设备号；
4、如何描述字符设备？
Linux内核中抽象出struct cdev结构体来表示一个字符设备，cdev 定义于
struct cdev {
struct kobject kobj; // 内嵌内核对象
struct module *owner; //该字符设备所在的内核模块
const struct file_operations *ops; //文件操作结构体
struct list_head list; //已注册字符设备链表
dev_t dev; //由主、次设备号构成的设备号
unsigned int count;//同一主设备号的次设备号的个数
};Linux使用file_operations结构访问驱动程序的函数，这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。
struct file_operations {
struct module *owner;
loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *);
int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
int (*flush) (struct file *);
int (*release) (struct inode *, struct file *);
int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync);
int (*fasync) (int, struct file *, int);
int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long,loff_t *);
ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *);
};用户进程利用在对设备文件进行诸如read，write操作的时候，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数，这是Linux的设备驱动程序工作的基本原理。
5、字符设备与文件系统的接口
如图，在Linux内核中，最左边， 使用cdev结构体来描述字符设备;通过其成员dev_t来定义设备号（分为主、次设备号）以确定字符设备的唯一性;通过其成员file_operations来定义字符设备驱动提供给虚拟文件系统VFS的接口函数，如常见的open()、read()、write()等，这些函数真正的操作硬件设备。
在上一个图的基础上我们看这个图，字符设备驱动程序是以内核模块的形式加载到内核中的，首先模块加载函数按静态或者动态方式获取设备号；然后字符设备初始化函数建立cdev与 file_operations之间的连接， 通过注册函数向系统添加一个cdev以完成注册; 模块卸载时与加载对应，要注销cdev，并释放设备号。
在用户程序中，可以通过系统调用open(), read(), write()等调用驱动程序在内核中所实现的这些函数。这样用户态到内核驱动之间的通路就打通了。
6、编写简单的字符设备驱动程序
如图，编写字符设备驱动分为三大步骤：
- 驱动的初始化，其中又分为四个步骤，调用相关的函数达到。
- 实现设备的操作，具体的操作取决于你自己所要实现的功能，这里只列出了基本的操作
- 驱动的注销，注销就是释放资源。
其中调用的接口函数功能如下：
第1个函数是分配函数，动态申请cdev的内存，给该结构分配内存空间。
第2个函数是初始化函数，初始化cdev的成员，并建立cdev和file_operations之间关联.
第3个函数注册cdev设备对象，也就是把字符设备添加到字符设备表中，就像大家入学时进行注册一样。
第4个函数是注销驱动程序调用，将cdev对象从系统中删除。
第5个函数释放cdev数据结构所占的内存。
一个字符设备或块设备都有一个主设备号和一个次设备号。主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序，用来反映设备类型。次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备，用来区分同类型的设备。注册时申请设备号，注销时释放设备号，就像大家入学是有一个学号，毕业离开时就释放掉这个学号。
当我们在用户程序中调用read（）函数时，陷入内核空间，实际上要通过内核的copy_to_user()函数把内核空间缓冲区中的数据拷贝到用户空间的缓冲区，反之，当我们调用write（)函数时，内核通过调用copy_from_user()函数把用户空间的数据拷贝到内核缓冲区。
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