先亮一下裝備：
平台：VMware 7.0 + Linux Ubuntu 3.0.0-12-generic
編譯器：gcc
參考資料：LDD 3
功能：實現簡單的字符操作（從用戶空間向內核空間寫入一串字符；從內核空間讀一個字符到內核空間）
眾所周知，字符設備是linux下最基本，也是最常用到的設備，它是學習Linux驅動入門最好的選擇，計算機的東西很多都是相通的，掌握了其中一塊，其他就可以觸類旁通了。在寫驅動前，必須先搞清楚字符設備的框架大概是怎樣的，弄清楚了流程，才開始動手，不要一開始就動手寫代碼！
這裡所說的框架是參考LLD3上介紹的，內核是基於Linux 2.6，3.0以上的有些地方會不一樣（主要是file_operations中的ioctl修改了），但基本上適用，因為我就是在3.0的內核上實現的！字符設備驅動的初始化流程大概如下所示：
定義相關的設備文件結構體（如file_operation()中的相關成員函數的定義）->向內核申請主設備號（建議采用動態方式） ->申請成功後，調用MAJOR()獲取主設備號 ->初始化cdev的結構體，調用cdev_init() ->調用cdev_add()，注冊cdev到kernel ->注冊設備模塊：module_init()、module_exit()。
======================================================================================================
編寫代碼
======================================================================================================
首先定義兩個全局變量（主設備號和字符設備hellow）：
static int hello_major = 0; /* major device number */
static struct cdev hellow; /* hello device structure */
然後來看看file_operations()，它的定義可以在../include/linux/fs.h下找到，這裡只用到了其中的幾個成員函數：
/* file operations for hello device */
static struct file_operations hello_ops = {
.owner = THIS_MODULE, /*owner為所有者字段，防止在使用時模塊被卸載。一邊都設為THIS_MODULE*/
.open = hello_open,
.read = hello_read,
.write = hello_write,
.release = hello_release,
不同於windows驅動程序，Linux設備驅動程序在與硬件設備之間建立了標准的抽象接口。通過這個接口，用戶可以像處理普通文件一樣，通過open，close，read，write等系統調用對設備進行操作，如此一來也大大簡化了linux驅動程序的開發。通過file_operations這個結構體（實際上是一個函數指針的集合），把驅動的操作和設備號聯系起來，程序員所要做的工作只是通過file_operations掛接自己的系統調用函數。
接下來就是實現open,close,read,write操作了，這個驅動什麼都沒干，所以很好理解，用戶請求read系統調用時，這個虛擬設備反回相應長度的“A”字符串，用戶write時，將內容顯示到日志中。這裡要注意的是，內核空間中不能使用用戶態的malloc，而是使用kmalloc/kfree。而且，用戶read/write提供的buf地址也是用戶態的，內核自然不能直接訪問，需要通過copy_to_user/copy_from_user 進行數據拷貝，具體如下：
/* Open the device */
static int hello_open( struct inode *inode, struct file *filp ){
printk( KERN_NOTICE"Hello device open!\n" );
return 0;
}
/* Close hello_device */
static int hello_release( struct inode *inode, struct file *filp ){
printk( KERN_NOTICE"Hello device close!\n" );
return 0;
}
/* user read from hello device*/
ssize_t hello_read( struct file *flip, char __user *buf, size_t count,loff_t
*f_pos){
ssize_t retval = 0;
char *bank;
bank = kmalloc(count+1, GFP_KERNEL );
if( bank == NULL )
return -1;
memset( bank, 'A',count );
if( copy_to_user( buf, bank, count ) ){
retval = -EFAULT;
goto out;
}
retval += count;
*(bank+count)=0;
printk( KERN_NOTICE"hello: user read %d bytes from me. %s\n",count,bank );
out:
kfree(bank);
return retval;
}
/* write to hello device */
ssize_t hello_write( struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,
loff_t *f_pos ){
ssize_t retval = 0;
char *bank = kmalloc( count ,GFP_KERNEL );
if( bank == NULL )
return retval;
if( copy_from_user(bank, buf, count ) ){
retval = -EFAULT;
printk( KERN_NOTICE"hello: write error\n" );
goto out;
}
retval += count;
printk( KERN_NOTICE"hello: user has written %d bytes to me: %s\n",count,
bank );
out:
kfree(bank );
return retval;
}
你可能會注意到open和release函數頭中的file和inode結構體，inode是內核內部文件的表示，當其指向一個字符設備時，其中的i_cdev成員既包含了指向cdev結構的指針。而file表示打開的文件描述符，對一個文件，若打開多次，則會有多個file結構，但只有一個inode與之對應。
因為驅動工作在內核空間，不能使用用戶空間的libc函數，所以程序中打印語句為內核提供的printk，而非printf，KERN_NOTICE宏其實標記的是日志級別（共有八個）不同級別的消息會記錄到不同的地方。如果你運行本模塊，可能會發現printk語句並沒有輸出到控制台，這是正常的，控制台只顯示一定級別的消息。當日志級別小於console_loglevel時，消息才能顯示出來。你可以通過dmsg命令看到這些信息，也可以通過修改日志級別使之輸出到你的虛擬終端。
作好以上准備工作後，接下來就可以開始進行向內核申請主設備號了。設備號是干什麼吃的？據LDD記載，對字符設備的訪問是通過文件系統內的設備名稱進行的。那些被稱為特殊文件、設備文件的節點，通常位於/dev目錄，如果ls -l 查看該目錄，第一列中帶有c標志的即為字符設備，有b標志的為塊設備。而第5、6列所示的兩個數字分別為設備的主、次設備號。通常，主設備號標識設備所用的驅動程序（現在大多設備仍然采用“一個主設備號對應一個驅動程序”的規則），次設備號用於確定設備，比如你有兩塊網卡，使用同一驅動，主設備號相同，那麼他們將由次設備號區分。
/* Module housekeeping */
static int hello_init(void){
int result;
dev_t dev = MKDEV( hello_major, 0 );/*to transfer major as dev_t type*/
/* alloc the major device number dynamicly */
result = alloc_chrdev_region(&dev, 0 ,1, "hello" );
if( result < 0 ){
printk( KERN_NOTICE"Hello: unable to get major %d\n",hello_major );
return result;
}
hello_major = MAJOR(dev);
/* set up devices, in this case, there is only one device */
printk( KERN_NOTICE"hello init. major:%d, minor:%d\n",hello_major,0 );
//printk( KERN_ALERT"hello init: %d, %d\n",hello_major,0 );
hello_setup_cdev(&hellow, 0 , &hello_ops );
return 0;
}
/* Exit routine */
static void hello_exit(void){
/* remove the cdev from kernel */
cdev_del(&hellow );
/* release the device numble alloced earlier */
unregister_chrdev_region( MKDEV( hello_major, 0 ), 1 );
printk( KERN_NOTICE"hello exit. major:%d,minor %d\n",hello_major,0 );
}
這裡主設備號的分配由alloc_chrdev_region（第一個參數為dev_t 指針，用來存放設備編號，第二個參數為要使用的第一個次設備號，通常為0，第三個參數為請求的連續設備編號個數）動態分配，當然也可以靜態指定一個未被使用的主設備號，相應函數為register_chrdev_region,但不推薦這樣做。在模塊被卸載時（hello_exit）,通過unregister_chrdev_region釋放設備號。MKDEV宏將給出的主、次設備號轉換成dev_t類型，MAJOR，MINOR分別從dev_t中析取主次設備號。
這裡幾個函數的原型為：
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);
void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);
/* set up the cdev stucture for a device */
static void hello_setup_cdev( struct cdev *dev, int minor, struct
file_operations *fops ){
int err;
int devno = MKDEV( hello_major, minor );
/* initialize the cdev struct */
cdev_init( dev,fops );
dev->owner = THIS_MODULE;
err = cdev_add( dev, devno, 1 ); /* register the cdev in the kernel */
if( err )
printk( KERN_NOTICE"Error %d adding hello%d\n",err ,minor );
}
最後module_init( hello_init ); module_exit( hello_exit );指定了模塊初始化和關閉函數。MODULE_LICENSE( "Dual BSD/GPL" ); 指定模塊使用的許可證能被內核識別的許可證有GPL、GPL v2、 Dual BSD/GPL、 Dual MPL/GPL、Proprietary（專有）等，如果模塊沒有顯式標記許可證，則會被認定為“專有”，內核加載這樣的模塊會被“污染”。
/* register the init and exit routine of the module */
module_init( hello_init );
module_exit( hello_exit );
MODULE_AUTHOR( "jabenwang" );
MODULE_LICENSE( "Dual BSD/GPL" );
到這裡，這個字符設備驅動已經完成，接下來就是編譯它。
