misc设备

WatchDog Timer驱动

混杂设备

Misc（或miscellaneous）驱动是一些拥有着共同特性的简单字符设备驱动。内核抽象出这些特性而形成一些API（在文件drivers/char/misc.c中实现），以简化这些设备驱动程序的初始化。所有的misc设备被分配同一个主设备号MISC_MAJOR(10)，但是每一个可以选择一个单独的次设备号。如果一个字符设备驱动要驱动多个设备，那么它就不应该用misc设备来实现。

通常情况下，一个字符设备都不得不在初始化的过程中进行下面的步骤：

通过alloc_chrdev_region()分配主/次设备号。

使用cdev_init()和cdev_add()来以一个字符设备注册自己。

而一个misc驱动，则可以只用一个调用misc_register()来完成这所有的步骤。

所有的miscdevice设备形成一个链表，对设备访问时，内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations中注册的文件操作方法进行操作。

在Linux内核中，使用struct miscdevice来表示miscdevice。这个结构体的定义为：

struct miscdevice  {

int minor;

const char *name;

const struct file_operations *fops;

struct list_head list;

struct device *parent;

struct device *this_device;

const char *nodename;

mode_t mode;

};

minor是这个混杂设备的次设备号，若由系统自动配置，则可以设置为MISC_DYNANIC_MINOR，name是设备名。

每一个misc驱动会自动出现在/sys/class/misc下，而不需要驱动程序作者明确的去做。Linux watchdog timer驱动被实现为misc 驱动，他们被放在drivers/char/watchdog/目录下。Watchdog 驱动也导出了一个标准设备接口到用户空间。这样就可以使符合这个接口的应用程序的实现独立于Watchdog硬件。这个API在内核树中的Documentation/watchdog/watchdog-api.txt文件中有详细的说明。

在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。 所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。 在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中。

下边是描述这个设备的结构体：

1. struct miscdevice  {
2. int minor;                               //次设备号
3. const char *name;                        //设备的名称
4. const struct file_operations *fops;     //文件操作
5. struct list_head list;                  //misc_list的链表头
6. struct device *parent;                  //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)
7. struct device *this_device;             //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到
8. };

然后来看看misc子系统的初始化函数：

1. static int __init misc_init(void)
2. {
3. int err;
4. #ifdef CONFIG_PROC_FS
5. /*创建一个proc入口项*/
6. proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);
7. #endif
8. /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/
9. misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");
10. err = PTR_ERR(misc_class);
11. if (IS_ERR(misc_class))
12. goto fail_remove;
13. err = -EIO;
14. /*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/
15. if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))
16. goto fail_printk;
17. return 0;
18. fail_printk:
19. printk("unable to get major %d for misc devices/n", MISC_MAJOR);
20. class_destroy(misc_class);
21. fail_remove:
22. remove_proc_entry("misc", NULL);
23. return err;
24. }
25. /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/
26. subsys_initcall(misc_init);

下边是register_chrdev函数的实现：

1. int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
2. const struct file_operations *fops)
3. {
4. struct char_device_struct *cd;
5. struct cdev *cdev;
6. char *s;
7. int err = -ENOMEM;
8. /*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/
9. cd = __register_chrdev_region(major, 0, 256, name);
10. if (IS_ERR(cd))
11. return PTR_ERR(cd);
12. /*分配字符设备*/
13. cdev = cdev_alloc();
14. if (!cdev)
15. goto out2;
16. cdev->owner = fops->owner;
17. cdev->ops = fops;
18. /*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/
19. kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
20. for (s = strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))
21. *s = '!';
22. /*把这个字符设备注册到系统中*/
23. err = cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);
24. if (err)
25. goto out;
26. cd->cdev = cdev;
27. return major ? 0 : cd->major;
28. out:
29. kobject_put(&cdev->kobj);
30. out2:
31. kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));
32. return err;
33. }

来看看这个设备的操作函数的集合：

1. static const struct file_operations misc_fops = {
2. .owner      = THIS_MODULE,
3. .open       = misc_open,
4. };

可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：

1. static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
2. {
3. int minor = iminor(inode);
4. struct miscdevice *c;
5. int err = -ENODEV;
6. const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;
7. lock_kernel();
8. mutex_lock(&misc_mtx);
9. /*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
10. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
11. if (c->minor == minor) {
12. new_fops = fops_get(c->fops);
13. break;
14. }
15. }
16. if (!new_fops) {
17. mutex_unlock(&misc_mtx);
18. /*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/
19. request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
20. mutex_lock(&misc_mtx);
21. /*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
22. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
23. if (c->minor == minor) {
24. new_fops = fops_get(c->fops);
25. break;
26. }
27. }
28. if (!new_fops)
29. goto fail;
30. }
31. err = 0;
32. /*保存旧打开函数的地址*/
33. old_fops = file->f_op;
34. /*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/
35. file->f_op = new_fops;
36. if (file->f_op->open) {
37. /*使用具体设备的打开函数打开设备*/
38. err=file->f_op->open(inode,file);
39. if (err) {
40. fops_put(file->f_op);
41. file->f_op = fops_get(old_fops);
42. }
43. }
44. fops_put(old_fops);
45. fail:
46. mutex_unlock(&misc_mtx);
47. unlock_kernel();
48. return err;
49. }

再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：

1. int misc_register(struct miscdevice * misc)
2. {
3. struct miscdevice *c;
4. dev_t dev;
5. int err = 0;
6. /*初始化misc_list链表*/
7. INIT_LIST_HEAD(&misc->list);
8. mutex_lock(&misc_mtx);
9. /*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/
10. list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
11. if (c->minor == misc->minor) {
12. mutex_unlock(&misc_mtx);
13. return -EBUSY;
14. }
15. }
16. /*看是否是需要动态分配次设备号*/
17. if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
18. /*
19. *#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */
20. *static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];
21. *这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，
22. *如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。
23. */
24. int i = DYNAMIC_MINORS;
25. while (--i >= 0)
26. if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)
27. break;
28. if (i<0) {
29. mutex_unlock(&misc_mtx);
30. return -EBUSY;
31. }
32. /*得到这个次设备号*/
33. misc->minor = i;
34. }
35. /*设置位图中相应位为1*/
36. if (misc->minor < DYNAMIC_MINORS)
37. misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor & 7);
38. /*计算出设备号*/
39. dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);
40. /*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/
41. misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev, NULL,
42. "%s", misc->name);
43. if (IS_ERR(misc->this_device)) {
44. err = PTR_ERR(misc->this_device);
45. goto out;
46. }
47. /*
48. * Add it to the front, so that later devices can "override"
49. * earlier defaults
50. */
51. /*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/
52. list_add(&misc->list, &misc_list);
53. out:
54. mutex_unlock(&misc_mtx);
55. return err;
56. }

这个是miscdevice的卸载函数：

1. int misc_deregister(struct miscdevice *misc)
2. {
3. int i = misc->minor;
4. if (list_empty(&misc->list))
5. return -EINVAL;
6. mutex_lock(&misc_mtx);
7. /*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/
8. list_del(&misc->list);
9. /*删除设备节点*/
10. device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));
11. if (i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {
12. /*释放位图相应位*/
13. misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor & 7));
14. }
15. mutex_unlock(&misc_mtx);
16. return 0;
17. }

 

总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：

 

misc_register:

匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设号->创建设备文-

miscdevice结构体添加到misc_list链表中。

misc_deregister:

从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。