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嵌入式Linux字符设备驱动开发.docx
资料介绍
23 嵌入式Linux字符设备驱动开发
一、引言
Linux设备驱动是连接硬件与操作系统的桥梁，它将内核的标准操作（如读、写、控制）翻译成硬件能理解的特定指令，同时将硬件的状态反馈给内核。字符设备驱动是Linux驱动中最基础、最常用的类型，适用于串口、GPIO、传感器等以字节流方式访问的设备。掌握字符设备驱动开发框架，是深入嵌入式Linux开发的必经之路。
二、字符设备驱动框架
Linux将设备分为三类：字符设备、块设备和网络设备。字符设备以字节流形式顺序访问，其核心数据结构是 file_operations 结构体，它定义了一系列函数指针，对应着应用程序的系统调用。
典型的 file_operations 包含以下关键函数：.open（打开设备）、.release（关闭设备）、.read（从设备读取数据）、.write（向设备写入数据）、.unlocked_ioctl（设备控制命令）。当应用程序调用 open("/dev/mydevice") 时，内核最终会调用驱动中注册的 open 函数。
设备注册使用 cdev 结构体将设备号与 file_operations 绑定。流程包括：使用 alloc_chrdev_region 动态申请设备号范围，cdev_init 初始化 cdev 结构并关联 fops，cdev_add 将设备添加到内核。此外，使用 class_create 和 device_create 在 /sys/class 和 /dev 下自动创建设备节点，这是现代驱动推荐的做法。
三、内核模块开发基础
驱动代码以内核模块（.ko 文件）的形式存在，可以在系统运行时动态加载和卸载。一个最小的内核模块包含两个函数：module_init 指定模块初始化函数，module_exit 指定模块退出函数。
模块加载命令为 insmod mydriver.ko，卸载命令为 rmmod mydriver。使用 dmesg 可以查看内核日志输出。模块编译需要使用目标板运行的内核源码，通过 Makefile 调用内核构建系统完成编译。
关键编译配置：obj-m += mydriver.o 表示将 mydriver.c 编译为内核模块。make -C /path/to/kernel M=$(PWD) modules 命令调用内核构建系统编译模块。交叉编译时需指定 ARCH 和 CROSS_COMPILE 变量。
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