misc子系統在Linux中是一個非常簡單的子系統，但是其清晰的框架結構非常適合用來研究設備識別模型。本文從misc子系統的使用出發，通過瞭解其機制來總結一套的設備識別的驅動框架，即使用 使用同一個驅動，向上提供多個設備文件介面，向下控制多個(相應的)設備 ，這就需要該驅動可以根據不同的設備文件來控 ...
misc子系統在Linux中是一個非常簡單的子系統，但是其清晰的框架結構非常適合用來研究設備識別模型。本文從misc子系統的使用出發，通過瞭解其機制來總結一套的設備識別的驅動框架，即使用使用同一個驅動，向上提供多個設備文件介面，向下控制多個(相應的)設備，這就需要該驅動可以根據不同的設備文件來控制與之相應的設備。
misc的使用
Linux 中有三大類設備:字元，網路，塊設備，每一種設備又細分為很多類，比如字元設備就被預先分為很多種類，併在文件中標記了這些種類都使用了哪個主設備號，但即便如此，硬體千千萬，總還是有漏網之魚，對於這些難以劃分類別的字元設備，Linux中使用"混雜"，設備來統一描述，並分配給他們一個共同的主設備號10，只用此設備號進行區分設備，，這些設備主要包括隨機數發生器，LCD，時鐘發生器等。此外，和很多同樣是對cdev進行再次封裝的子系統一樣，misc也會自動創建設備文件，免得每次寫cdev介面都要使用class_create()和device_create()等。
內核中提供的misc對象:
//include/linux/miscdevice.h
55 struct miscdevice {
56 int minor;
57 const char *name;
58 const struct file_operations *fops;
59 struct list_head list;
60 struct device *parent;
61 struct device *this_device;
62 const char *nodename;
63 umode_t mode;
64 };我們只要像字元設備一樣實現fops介面再給一個minor即可，如果minor使用巨集MISC_DYNAMIC_MINOR(其實就是255)，內核會自動分配一個次設備號，其他的內核已經實現約定好的次設備號可以參考"include/linux/miscdevice.h"。萬事具備之後只需使用下麵的API註冊/註銷到內核
178 int misc_register(struct miscdevice * misc)
238 int misc_deregister(struct miscdevice *misc)misc的分析
misc的使用是不是很簡單？但麻雀雖小五臟俱全，正是因為misc精簡的結構，我們可以很容易的抓到其中體現的分層思想，misc的設計方法體現在很多使用cdev作為介面的子系統，而其中的清晰的分層思想更是Linux驅動的兩大支柱之一(另外一個是分離)。我們可以借鑒其中的設計思路，提升我們的驅動程式的質量。下麵，我們簡單的分析一下misc的內部機制。
misc_init
作為Linux的一個子系統，misc子系統在Linux啟動過程中就會完成準備工作，主要包括初始化數據結構，創建相應的class，創建、初始化並註冊cdev對象到內核等。有了這些基礎，我們就可以使用misc的眾多好處進行編程。
//drivers/char/misc.c
56 static const struct file_operations misc_fops = {
157 .owner = THIS_MODULE,
158 .open = misc_open,
159 .llseek = noop_llseek,
160 };
268 static int __init misc_init(void)
269 {
272 #ifdef CONFIG_PROC_FS
273 proc_create("misc", 0, NULL, &misc_proc_fops);
274 #endif
275 misc_class = class_create(THIS_MODULE, "misc");
281 if (register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))
282 goto fail_printk;
283 misc_class->devnode = misc_devnode;
284 return 0;
292 }
293 subsys_initcall(misc_init); misc_init()
--293-->系統啟動的過程中就會初始化misc子系統
--273-->根據系統配置，可能需要提供/proc介面
--275-->在/sysfs中創建一個類，名為misc
--281-->使用靜態主設備號(10)、封裝好的方法集misc_fops，register_chrdev()內部會創建一個cdev對象並使用這兩個參數將其初始化並註冊到內核，這個cdev對象將負責所有的混雜設備的設備號。關於cdev對象和設備號之間的關係參見cdev_map。
--158-->misc的cdev對象使用的fops，顯然，至此和普通字元設備的調用過程一樣，chrdev_open()->misc_open()。
misc_register
接下來，老規矩，我們從"XXX_register"開始分析，在Linux內核中，這些"XXX_register"往往就是一個設備對象註冊到內核的介面，是研究當相應對象註冊進去之後內核動作的最佳入口。
178 int misc_register(struct miscdevice * misc)
179 {
180 dev_t dev;
187 if (misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
188 int i = find_first_zero_bit(misc_minors, DYNAMIC_MINORS);
193 misc->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;
194 set_bit(i, misc_minors);
195 }
206 dev = MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);
208 misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,
209 misc, "%s", misc->name);
210 if (IS_ERR(misc->this_device)) {
211 int i = DYNAMIC_MINORS - misc->minor - 1;
212 if (i < DYNAMIC_MINORS && i >= 0)
213 clear_bit(i, misc_minors);
214 err = PTR_ERR(misc->this_device);
216 }
222 list_add(&misc->list, &misc_list);
226 }misc_register()
--187--> 如果指定的minor是動態分配，那麼進入相關語句塊。
--188--> 使dev用點陣圖遍歷API-find_first_zero_bit找到最小未用的設備號。
--193--> 得到分配好的次設備號。
--208--> (根據設備號)創建設備文件，使用的是misc_init中創建的misc_class，至此就可以實現misc設備文件的自動創建。就相當與我們在純粹的cdev驅動中使用class_create()+device_create()創建設備文件。一個設備文件和一個設備號相聯繫，而misc的所有的設備號都和misc_init創建的cdev對象相聯繫，所以打開的任何一個misc設備文件首先回調的就是(chrdev_open()->)misc_open()。
--222--> 關鍵，將這個新分配的misc加入到misc鏈表中，用於管理所有的misc設備，便於misc_open()提取具體設備的fops。
misc_open
構建的misc子系統，將設備添加到了該子系統中，接下來我們來看一下應用層程式是如何打開一個misc設備的。由於misc也是一種字元設備，所以其提供的介面也是位於/dev中。但是正如misc的定義，其中的設備五花八門卻共用同一個主設備號，這就意味著最終被chrdev_open回調的misc_open一定要具備根據被打開的不同文件為file結構準備不同的操作方法這一能力，即在驅動中實現對子設備的識別，或者稱之為"多態"。
112 static int misc_open(struct inode * inode, struct file * file)
113 {
114 int minor = iminor(inode);
115 struct miscdevice *c;
116 int err = -ENODEV;
117 const struct file_operations *new_fops = NULL;
121 list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
122 if (c->minor == minor) {
123 new_fops = fops_get(c->fops);
124 break;
125 }
126 }
144 replace_fops(file, new_fops);
145 if (file->f_op->open) {
146 file->private_data = c;
147 err = file->f_op->open(inode,file);
148 }
152 }misc_open()
--121-->遍歷misc設備鏈表，根據被打開的設備的次設備號找到設備對象。
--123-->存儲這個設備對象的操作方法集unique_fops。
--144-->將misc設備具體的操作方法集unique_fops替換到filp中的f_op中，這個位置原來是misc的cdev對象的fops，filp帶著這個unique_fops從open()返回，就實現了不同的設備對應不同的操作方法，即面向對象的"多態"
3+2+1多設備識別驅動模型
通過上述對misc機制的分析，我們不難總結出一個支持設備識別的3+2+1驅動模型(3個函數+2個數據結構+1個封裝):
- 初始化整個驅動組的xxx_init()，通常用模塊載入函數或匯流排的probe函數實現;
- 用於註冊一個子驅動的xxx_register()，需要EXPORT到符號表;
- 能夠根據傳入的inode識別具體的設備並將其操作方法集放到filp中的xxx_open()。
+
- 用於存儲每一個驅動對象的通用鏈表或數組+priv_data
- 用於存儲子設備號的點陣圖。
+
- 將所有的不同的設備用一個統一的結構進行封裝
至此，我們就可以寫一寫這個3+2+1驅動模型的模板。
1個封裝
struct multidevice{
struct list_head head;
int minor;
struct file_operations* fops;
void *priv; //私有數據，供read/write等介面識別的信息，以及其他數據都放這裡
};2個數據結構
struct list_head multi_dev_list;
unsigned int minors_map; //根據設備號數目的不同選數據類型or數組3個函數
int major,baseminor = 0,max_dev = sizeof(minors_map)*8;
#define DEV_NAME "multi_device"
struct class *cls;
xxx_open(struct inode *inode,struct file *file){
int minor = iminor(inode);
struct multidevice *dp;
const struct file_operations *new_fops = NULL;
list_for_each_entry(dp, &multi_dev_list, head) {
if (dp->minor == minor) {
new_fops = fops_get(dp->fops);
break;
}
}
replace_fops(file, new_fops);
if (file->f_op->open) {
file->private_data = dp
file->f_op->open(inode,file);
}
}
xxx_init(void){
dev_t devno,
INIT_LIST_HEAD(&multi_dev_list);
init_map(&minors_map);
struct cdev *multi_cdev = cdev_alloc();
cdev_init(multi_cdev, multi_fops);
alloc_chrdev_region(&devno, baseminor, count,DEV_NAME);
major = MAJOR(devno);
cdev_add(multi_cdev , devno, count);
cls = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);
}
/*---------------下麵是給待加驅動用的----------------------*/
xxx_register(struct *multidevice dev){
dev_t dev;
if (dev->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
int i = find_first_zero_bit(minors_map, DYNAMIC_MINORS);
dev->minor = DYNAMIC_MINORS - i - 1;
set_bit(i, minors_map);
}
dev_t pri_devno = MKDEV(major, dev->minor);
device_create(multi_class, NULL, pri_devno, "%s", misc->name);
list_add(dev->head, &multi_dev_list);
}
EXPORT_SYMBOL(xxx_register)
