嵌入式Linux 开发经验：注册一个 misc 设备

前言

• 之前买过好几本Linux 设备驱动的书，不过对设备驱动一知半解，什么叫设备，什么又叫驱动？最近工作需要，从源码级别深入的研究了一下 Linux 下的设备与驱动的概念，略有所收获

• 一般提起驱动开发，都是面向硬件的，至少是底层开发，依赖具体的平台，Linux 作为一个通用的操作系统内核，当前不可能顾及所以的具体外设驱动，只能抽取出驱动的共性，抽象出一个设备驱动模型（框架）出来，这个设备模型从上层看，无论设备多么简单或者复杂，把共性的设备操作，如：注册、反注册、打开、关闭、控制、读写等 封装成 总线、驱动、设备，与设备树配合起来，为上层提供通用的设备操作接口，如文件接口、socket 接口，为底层设备驱动开发提供便利，降低驱动开发的难度。

• 其实就是抽象与分层，让驱动开发就像是【填空题】，照着模板填空补充，就可以开发具体的设备驱动了。设备驱动的目的，就是驱使设备工作起来，可以让上层应用操作。

测试环境搭建

• ubuntu 20.04

• VMware Workstation Pro 16

• 基于qemu（模拟器），vexpress-a9 平台

• Linux 6.0.10 (当前最新版本）

• 注册一个简单的misc 设备，掌握misc 设备注册的方法

misc 设备是什么设备

• 大家经常提到的是 三大类设备：【字符设备】、【块设备】、【网络设备】。

• misc 设备是什么呢？为何使用 misc 设备？

• 如今Linux 设备驱动非常的庞大，所以当前接触的一些外设，都有类似的驱动模型，misc （杂类设备）属于 char 字符设备。

• 使用 misc 设备的好处就是 Linux 提供了完善的 misc 设备管理，使用 misc 设备提供的API，就可以方便的注册管理 一个 misc 具体设备，使用 misc 设备最核心的 一般是使用 open、close、ioctl 接口，这些接口，可以让用户太的应用操作设备。

• 注册了一个 misc 设备，如 led0，用户态程序通过 open("/dev/led0", O_RDWR)，就可以打开内核驱动misc 设备，通过 ioctl 就可以控制 内核驱动 misc 设备。

• 也就有一些设备，不是直接读写的，大部分操作都是控制命令，如空调的控制，一般有打开空调、关闭空调、调节空调的温度、模式等操作，可以把空调作为misc 设备来控制，打开关闭使用 open close，调节温度、模式等使用 ioctl。

注册 misc 设备

• 这里就注意一点： 驱动与设备的概念，这里 misc 属于设备。

• 这里为了方便，注册一个简单的设备，与上一篇 嵌入式Linux 开发经验：platform_driver_register 的使用方法 平台驱动 配合起来，当 平台驱动匹配设备树节点成功后，再初始化 misc 设备。

• 新建 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_misc.c

#include "led_misc.h"

#define LED_MISC_DEVICE_NAME        "led_misc"

struct led_misc_dev
{
	struct miscdevice misc;
};

struct led_misc_dev *led_miscdev;

/* 打开设备，用户态执行 open 命令，就会走到这里 */
static int led_misc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
    return 0;
}

/* 打开设备，用户态执行 close 命令，就会走到这里 */
static int led_misc_close(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
    return 0;
}

/* 内存映射，大部分功能都差不多 */
static int led_misc_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    int ret = 0;

    if (filp == NULL)
    {
        printk(KERN_ERR "invalid file!");
        return -EFAULT;
    }
    if (vma == NULL)
    {
        printk(KERN_ERR "invalid vma area");
        return -EFAULT;
    }

    ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, vma->vm_pgoff,
        vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot);

    printk(KERN_INFO "%s : ret = %d\n", __func__, ret);

    return ret;
}

/* 设备控制类，用户态执行 ioctl 命令，就会走到这里 */
static long led_misc_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long args)
{
    printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
    return 0;
}

/* 设备的操作，用户态 应用通过【文件】操作接口操作 */
static const struct file_operations led_misc_fops =
{
    .owner  = THIS_MODULE,
    .llseek = no_llseek,
    .unlocked_ioctl = led_misc_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
    .compat_ioctl = led_misc_ioctl,
#endif
    .mmap = led_misc_mmap,
    .open = led_misc_open,
    .release = led_misc_close,
};

/* 注意这个 初始化不是自动初始化，放在 平台驱动 probe 函数  */
int led_miscdev_init(void)
{
    int ret;

    led_miscdev = kzalloc(sizeof(*led_miscdev), GFP_KERNEL);
    if (!led_miscdev)
        return -ENOMEM;

    led_miscdev->misc.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;
    led_miscdev->misc.fops = &led_misc_fops;
    led_miscdev->misc.name = LED_MISC_DEVICE_NAME;
    led_miscdev->misc.nodename = LED_MISC_DEVICE_NAME;

    ret = misc_register(&led_miscdev->misc);
    if (ret < 0)
    {
        printk(KERN_INFO "%s : error\n", __func__);
    }
    else
    {
        printk(KERN_INFO "%s : ok\n", __func__);
    }

    return ret;
}


/* 可以放在 平台驱动 remove 函数  */
void led_miscdev_exit(void)
{
    misc_deregister(&led_miscdev->misc);
    printk(KERN_INFO "%s : ok\n", __func__);
}
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• 新建 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_misc.h

#ifndef __LED_MISC_H__
#define __LED_MISC_H__

#include 
#include 
#include 

int led_miscdev_init(void);
void led_miscdev_exit(void);

#endif
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其他修改

• 上面是 注册 misc 设备的实现，但是需要调用才能执行，配合 平台驱动， led_miscdev_init 放在 平台驱动的 probe 函数中，led_miscdev_exit 可以放在 平台驱动 remove 函数，也可以放在 平台驱动 module_exit 的执行函数中

• 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_control.c

static int led_control_probe(struct platform_device *pdev)
{
	printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
	led_miscdev_init();  /* 设备树节点匹配后，调用 */
	return 0;
}

static int led_control_remove(struct platform_device *pdev)
{
	printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
	//led_miscdev_exit();  /* 移除设备驱动时，释放 misc 设备  */
	return 0;
}

static void __exit led_control_driver_exit(void)
{
	printk(KERN_INFO "%s : enter\n", __func__);
	led_miscdev_exit();  /* 移除设备驱动时，释放 misc 设备  */
	platform_driver_unregister(&led_control_driver);
}
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• 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/led_control.h，添加 #include "led_misc.h"

#ifndef __LED_CONTROL_H__
#define __LED_CONTROL_H__

#include 
#include 

#include "led_misc.h"

#endif
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• 修改 linux-6.0.10/drivers/led_control/Makefile，增加

obj-$(CONFIG_LED_CONTROL) += led_control.o
obj-$(CONFIG_LED_CONTROL) += led_misc.o
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编译与运行

• 编译与 qemu 运行方法参考上篇 嵌入式Linux 开发经验：platform_driver_register 的使用方法 平台驱动的注册中提到的方法

• 【小技巧】，这里把 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- 编译命令 做成一个 shell 脚本

• vim mk.sh

#!/bin/bash
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- $1 $2 $3
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• chmod +x mk.sh 增加执行权限

• 编译时： ./mk.sh -j4 就可以编译了

• 更新 zImge Linux 内核编译的产物，开启 qemu 查看注册的 misc 设备

• 启动 qemu 的信息包括 如下：

led_control_driver_init : enter
led_control_probe : enter
led_miscdev_init : ok
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• 说明设备树节点匹配后，正确调用了 misc 设备的初始化函数 led_miscdev_init

• Linux shell 查看 注册的 misc 设备

ls /sys/class/misc/ -la， 可以查看 ，注意在 /sys/class/misc/ 目录下

• 注册 misc 设备成功了，接下来可以编写 用户态的应用，通过文件操作接口，如 open close ioctl 来控制这个 内核 misc 设备了

小结

• 本篇与上一篇 平台驱动配合，记录了一下 平台驱动+ misc 设备的操作流程，部分简单的设备，可以利用Linux 设备驱动框架提供的便利，想填空题一样快速开发构建自己的实际的设备驱动。

• 使用 Linux 设备种类大概有三种，不过细分， misc 属于 char 字符设备，当前还有各种形形色色的功能不同的设备。 Misc 设备属于比较常用的简单的控制类设备