Linux:主设备号和次设备号

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33863.htm

    Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的，各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下，称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备的操作，就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备，系统为设备编了号，每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3。

一个字符设备或者块设备都有一个主设备号和次设备号。主设备号和次设备号统称为设备号。主设备号用来表示一个特定的驱动程序。次设备号用来表示使用该驱动程序的各设备。例如一个嵌入式系统，有两个LED指示灯，LED灯需要独立的打开或者关闭。那么，可以写一个LED灯的字符设备驱动程序，可以将其主设备号注册成5号设备，次设备号分别为1和2。这里，次设备号就分别表示两个LED灯。

设备文件通常都在 /dev 目录下。如：

beyes@linux-beyes:~/C/kernel/memory> ll /dev |more
总计 0
crw-rw----  1 root uucp    4,  70 04-14 18:16 ttyS6
crw-rw----  1 root uucp    4,  71 04-14 18:16 ttyS7
crw-rw----  1 root tty         7,   0 08-08 18:58 vcs
crw-rw----  1 root tty         7,   1 08-08 18:58 vcs1
crw-rw-rw-  1 root root    1,   7 08-08 18:58 full
crw-rw-rw-  1 root root    1,   3 04-14 18:16 null

如上，前面第一个字符为c 的表示字符设备。在字符设备里，有主设备号和次设备号。如上1，4，7 分别是主设备号，0，1，3，7，70，71都是次设备号。一般的，主设备号标识出与设备关联的设备驱动。如 /dev/null 和 /dev/full 由 1 号驱动来管理，/dev/vcs 和/dev/vcs1由 7 号驱动来管理，/dev/ttyS6 由 4 号驱动来管理。

现在的 Linux 内核允许多个驱动共享一个主设备号，但更多的设备都遵循一个驱动对一个主设备号的原则。

内核由次设备号确定当前所指向的是哪个设备。根据所编写的驱动程序，可以从内核那里得到一个直接指向设备的指针，或者使用次设备号作为一个设备本地数组的索引。但不论如何，内核自身几乎不知道次设备号的什么事情。

设备号的内部表示

在内核中，dev_t  类型( 在 <linux/types.h> 头文件有定义 ) 用来表示设备号，包括主设备号和次设备号两部分。对于 2.6.x 内核，dev_t 是个 32 位量，其中 12 位用来表示主设备号，20 位用来表示次设备号。
在 linux/types.h 头文件里定义有

typedef __kernel_dev_t          dev_t;

typedef __u32 __kernel_dev_t;

主设备号和次设备号的获取

为了写出可移植的驱动程序，不能假定主设备号和次设备号的位数。不同的机型中，主设备号和次设备号的位数可能是不同的。应该使用MAJOR宏得到主设备号，使用MINOR宏来得到次设备号。下面是两个宏的定义：（linux/kdev_t.h）

#define MINORBITS   20                                  /*次设备号*/

#define MINORMASK   ((1U << MINORBITS) - 1)             /*次设备号掩码*/

#define MAJOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))   /*dev右移20位得到主设备号*/

#define MINOR(dev)  ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))   /*与次设备掩码与，得到次设备号*/

MAJOR宏将dev_t向右移动20位，得到主设备号；MINOR宏将dev_t的高12位清零，得到次设备号。相反，可以将主设备号和次设备号转换为设备号类型（dev_t），使用宏MKDEV可以完成这个功能。

#define MKDEV(ma,mi) (((ma) << MINORBITS) | (mi))

MKDEV宏将主设备号（ma）左移20位，然后与次设备号（mi）相与，得到设备号

静态分配设备号

静态分配设备号，就是驱动程序开发者，静态地指定一个设备号。对于一部分常用的设备，内核开发者已经为其分配了设备号。这些设备号可以在内核源码documentation/ devices.txt文件中找到。如果只有开发者自己使用这些设备驱动程序，那么其可以选择一个尚未使用的设备号。在不添加新硬件的时候，这种方式不会产生设备号冲突。但是当添加新硬件时，则很可能造成设备号冲突，影响设备的使用。

动态分配设备号

由于静态分配设备号存在冲突的问题，所以内核社区建议开发者使用动态分配设备号的方法。动态分配设备号的函数是alloc_chrdev_region()。