linux字元裝置放在哪

linux字元裝置放在「/dev」目錄中。字元設備是指只能一個位元組一個位元組進行讀寫操作的設備，一般每個字元設備或區塊設備都會在“/dev”目錄下對應一個設備文件，並且每個設備文件都必須有主/次設備號，主設備號相同的設備是同類設備，使用同一個驅動程式。

本教學操作環境：linux7.3系統、Dell G3電腦。

1、Linux裝置驅動程式分類

#Linux系統將裝置分為三個類別：字元裝置、區塊裝置、網絡設備，在這三大類中，字元設備相對比較簡單，應用程式透過字元設備檔案來存取字元設備，本講主要介紹字元設備，如果對區塊設備和網路設備感興趣的話，可以參考相關資料，並對其進行深入了解。

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2、什麼是字元裝置？

字元設備是指只能一個位元組一個位元組進行讀寫操作的設備，不能隨機讀取設備中的某一資料、讀取資料要按照先後順序。字元設備是面向流的設備，常見的字元設備有滑鼠、鍵盤、串列埠、控制台和LED等。

一般每個字元裝置或區塊裝置都會在/dev目錄下對應一個裝置檔案，而且每個裝置檔案都必須有主/次設備號，主設備號相同的設備是同類設備，使用同一個驅動程式。

Linux用戶層程式透過裝置檔案來使用驅動程式操作字元裝置或區塊裝置。

可以透過

cat /proc/devices

#指令查看目前已載入的裝置驅動程式的主裝置號碼。

透過在/dev目錄下執行指令

ls -l

#可以看到所有裝置檔案的主裝置號碼和次裝置號碼：

對常見裝置檔案作如下說明：

/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、如何建立裝置檔案？

建立裝置檔案有兩種方式，一是透過系統呼叫mknod()，程式設計中呼叫函數可以建立一個新的裝置檔名，另外一種是透過mknod指令，指令的第一個參數為設備檔名，第二個參數為設備類型，例如c表示字元設備，第三、四個參數為設備檔案的主設備號和次設備號，如231和0。主設備號和次設備號合起來唯一的確定一個設備，同一個設備不同類型的主設備號是一樣的，次設備號不同，例如一個硬碟的多個分區就有不同的次設備號，透過主設備號就可以把裝置檔案與驅動程式關聯起來。

mknod filename type major minor

• filename：要建立的裝置檔名；
##type：裝置類型，c代表一個字符設備，b代表一個區塊設備；
• major：主設備號碼；
• minor：次設備號碼；

4、如何描述字元設備？

Linux核心中抽像出struct cdev結構體來表示一個字元設備，cdev 定義於 中其中，其中最關鍵的是file_operations結構，它是實作字符設備的操作集。

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結構存取驅動程式的函數，這個結構的每個成員的名字都對應著一個系統呼叫。

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 *);
    };

用戶進程利用在對設備文件進行諸如read，write操作的時候，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然後讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數，這是Linux的裝置驅動程式工作的基本原理。

5、字元裝置與檔案系統的介面

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如圖，在Linux核心中，最左邊， 使用cdev結構體來描述字元裝置;透過其成員dev_t來定義裝置號碼（分為主、次裝置號碼）以確定字元裝置的唯一性;透過其成員file_operations來定義字元裝置驅動提供給虛擬檔案系統VFS的介面函數，例如常見的open()、read()、write()等，這些函數真正的操作硬體設備。

在上一個圖的基礎上我們看這個圖，字元裝置驅動程式是以核心模組的形式載入到核心中的，首先模組載入函數按靜態或動態方式取得裝置號碼；然後字元裝置初始化函數建立cdev與file_operations之間的連線， 透過註冊函數為系統新增一個cdev以完成註冊; 模組卸載時與載入對應，要註銷cdev，並釋放裝置號。

在使用者程式中，可以透過系統呼叫open(), read(), write()等呼叫驅動程式在內核中所實現的這些函數。這樣用戶態到核心驅動之間的通路就打通了。

6、寫簡單的字元裝置驅動程式

#如圖，編寫字元裝置驅動分為三大步驟：

1. 驅動程式的初始化，其中又分為四個步驟，呼叫相關的函數達到。
2. 實現設備的操作，具體的操作取決於你自己要實現的功能，這裡只列出了基本的操作
3. 驅動的註銷，註銷就是釋放資源。

其中呼叫的介面函數功能如下：

第1個函數是分配函數，動態申請cdev的內存，給該結構分配內存空間。

第2個函數是初始化函數，初始化cdev的成員，並建立cdev和file_operations之間關聯.

第3個函數註冊cdev設備對象，也就是把字元裝置加入到字符設備表中，就像大家入學時進行註冊一樣。

第4個函數是註銷驅動程式調用，將cdev物件從系統中刪除。

第5個函數釋放cdev資料結構所佔的記憶體。

6.1 裝置號碼的申請與釋放

一個字元裝置或區塊裝置都有一個主裝置號碼和一個次設備號。 主設備號碼用來識別與裝置檔案相連的驅動程序，用來反映裝置類型。 次設備號碼被驅動程式用來辨別操作的是哪個設備，用來區分同類型的設備。註冊時申請設備號，註銷時釋放設備號，就像大家入學是有學號，畢業離開時就釋放掉這個學號。

6.2 使用者空間與核心空間資料的傳送

##當我們在使用者程式中呼叫read（）函數時，陷入核心空間，實際上要透過核心的copy_to_user()函數把核心空間緩衝區中的資料拷貝到使用者空間的緩衝區，反之，當我們呼叫write（)函數時，核心透過呼叫copy_from_user()函數把使用者空間的資料拷貝到核心緩衝區。

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