简体中文

English

简体中文

English

外观

​

一、从 /dev 目录看设备 ​

在 Linux 系统中，绝大多数设备都通过 设备文件（device file） 的形式暴露在 /dev 目录下。 这些设备文件本质上是“访问设备的入口”，而不是真正存储数据的普通文件。

在开发板上执行 ls -l /dev， 会看到类似于下面的输出：

bash
lckfb@linaro-alip:~$ ls -l /dev
总计 8
drwxr-xr-x  3 root  root         480 12月 9日 19:02 block
drwxr-xr-x  3 root  root          60 1970年 1月 1日 bus
crw-rw----  1 root  video   248,   0 12月 9日 19:02 cec0
drwxr-xr-x  2 root  root        5300 12月 9日 19:02 char
crw--w----  1 root  tty       5,   1 12月 9日 19:03 console
crw-------  1 root  root     10, 124 12月 9日 19:02 cpu_dma_latency
crw-rw-rw-  1 root  root     10, 126 12月 9日 19:02 crypto
drwxr-xr-x  9 root  root         180 12月 9日 19:02 disk
drwxr-xr-x  2 root  root         100 1970年 1月 1日 dma_heap
drwxr-xr-x  3 root  root         140 12月 9日 19:02 dri
crw-------  1 root  root    240,   0 12月 9日 19:02 drm_dp_aux0
lrwxrwxrwx  1 root  root          13 12月 9日 19:02 fd -> /proc/self/fd
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   7 12月 9日 19:02 full
crw-rw-rw-  1 root  root     10, 229 12月 9日 19:02 fuse
crw-------  1 root  root    254,   0 12月 9日 19:02 gpiochip0
crw-------  1 root  root    254,   1 12月 9日 19:02 gpiochip1
..........

crw-------  1 root  root     10, 183 12月 9日 19:02 hwrng
crw-rw----  1 root  i2c      89,   1 12月 9日 19:02 i2c-1
crw-rw----  1 root  i2c      89,  10 12月 9日 19:02 i2c-10
.........

crw-------  1 root  root    245,   0 12月 9日 19:02 iio:device0
lrwxrwxrwx  1 root  root          12 12月 9日 19:02 initctl -> /run/initctl
drwxr-xr-x  3 root  root         180 12月 9日 19:02 input
crw-r--r--  1 root  root      1,  11 12月 9日 19:02 kmsg
lrwxrwxrwx  1 root  root          28 12月 9日 19:02 log -> /run/systemd/journal/dev-log
brw-rw----  1 root  disk      7,   0 12月 9日 19:02 loop0
................

crw-rw----  1 root  disk     10, 237 12月 9日 19:02 loop-control
crw-rw----  1 root  video    10, 122 12月 9日 19:02 mali0
crw-rw----+ 1 root  video   249,   0 12月 9日 19:02 media0
crw-rw----+ 1 root  video   249,   1 12月 9日 19:02 media1
.....................

crw-r-----  1 root  kmem      1,   1 12月 9日 19:02 mem
brw-rw----  1 root  disk    179,   0 12月 9日 19:02 mmcblk0
brw-rw----  1 root  disk    179,  32 12月 9日 19:02 mmcblk0boot0
brw-rw----  1 root  disk    179,  64 12月 9日 19:02 mmcblk0boot1
brw-rw----  1 root  disk    179,   1 12月 9日 19:02 mmcblk0p1
brw-rw----  1 root  disk    179,   2 12月 9日 19:02 mmcblk0p2
brw-rw----  1 root  disk    179,   3 12月 9日 19:02 mmcblk0p3
brw-rw----  1 root  disk    179,   4 12月 9日 19:02 mmcblk0p4
brw-rw----  1 root  disk    179,   5 12月 9日 19:02 mmcblk0p5
brw-rw----  1 root  disk    179,   6 12月 9日 19:02 mmcblk0p6
brw-rw----  1 root  disk    179,   7 12月 9日 19:02 mmcblk0p7
brw-rw----  1 root  disk    179,   8 12月 9日 19:02 mmcblk0p8
crw-------  1 root  root    235,   0 12月 9日 19:02 mmcblk0rpmb
crw-rw----  1 root  video   241,   0 12月 9日 19:02 mpp_service
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   3 12月 9日 19:02 null
crw-r-----  1 root  kmem      1,   4 12月 9日 19:02 port
crw-rw-rw-  1 root  tty       5,   2 12月12日 14:34 ptmx
crw-------  1 root  root    246,   0 12月 9日 19:02 ptp0
drwxr-xr-x  2 root  root           0 12月 9日 19:02 pts
brw-rw----  1 root  disk      1,   0 12月 9日 19:02 ram0
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   8 12月 9日 19:02 random
crw-rw-r--+ 1 root  netdev   10, 242 12月 9日 19:02 rfkill
crw-rw----  1 root  video    10, 123 12月 9日 19:02 rga
lrwxrwxrwx  1 root  root           4 12月 9日 19:02 rtc -> rtc0
crw-------  1 root  root    250,   0 12月 9日 19:02 rtc0
drwxrwxrwt  2 root  root          40 12月 9日 19:02 shm
drwxr-xr-x  3 root  root         260 12月 9日 19:02 snd
lrwxrwxrwx  1 root  root          15 12月 9日 19:02 stderr -> /proc/self/fd/2
lrwxrwxrwx  1 root  root          15 12月 9日 19:02 stdin -> /proc/self/fd/0
lrwxrwxrwx  1 root  root          15 12月 9日 19:02 stdout -> /proc/self/fd/1
crw-------  1 root  root     10, 127 12月 9日 19:02 sw_sync
crw-------  1 root  root    244,   0 12月 9日 19:02 tee0
crw-------  1 root  root    244,  16 12月 9日 19:02 teepriv0
crw-rw-rw-  1 root  tty       5,   0 12月 9日 19:02 tty
crw--w----  1 root  tty       4,   0 12月 9日 19:02 tty0
crw--w----  1 root  tty       4,   1 12月 9日 19:02 tty1
..................

crw-------  1 root  root     10, 121 12月 9日 19:02 ubi_ctrl
crw-------  1 root  root     10, 239 12月 9日 19:02 uhid
crw-------  1 root  root     10, 223 12月 9日 19:02 uinput
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   9 12月 9日 19:02 urandom
drwxr-xr-x  3 root  root          60 12月 9日 19:02 usb-ffs
crw-------  1 root  root    237,   0 12月 9日 19:02 usbmon0
crw-------  1 root  root    237,   1 12月 9日 19:02 usbmon1
crw-------  1 root  root    237,   2 12月 9日 19:02 usbmon2
drwxr-xr-x  3 root  root          60 12月 9日 19:02 v4l
crw-rw----+ 1 root  video    81,  65 12月 9日 19:02 v4l-subdev0
crw-rw----+ 1 root  video    81,  70 12月 9日 19:02 v4l-subdev1
..................

crw-rw----  1 root  tty       7,   0 12月 9日 19:02 vcs
crw-rw----  1 root  tty       7,   1 12月 9日 19:02 vcs1
.................

crw-rw----  1 root  tty       7,  70 12月 9日 19:02 vcsu6
crw-rw----  1 root  tty       7,  71 12月 9日 19:02 vcsu7
crw-------  1 root  root     10, 125 12月 9日 19:02 vendor_storage
crw-------  1 root  root     10, 137 12月 9日 19:02 vhci
crw-rw----+ 1 root  video    81,   0 12月 9日 19:02 video0
crw-rw----+ 1 root  video    81,   1 12月 9日 19:02 video1
.................

crw-------  1 root  root     10, 130 12月 9日 19:02 watchdog
crw-------  1 root  root    243,   0 12月 9日 19:02 watchdog0
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   5 12月 9日 19:02 zero
brw-rw----  1 root  disk    254,   0 12月 9日 19:02 zram0

其中最主要的的就是：

  • 第一行字母（设备类型）：
bash
crw-rw-rw-  1 root  root      1,   3 12月 9日 19:02 null
^
|
文件类型：c = 字符设备 (character device)

brw-rw----  1 root  disk    179,   0 12月 9日 19:02 mmcblk0
^
|
文件类型：b = 块设备 (block device)
  • c：字符设备（character device）
  • b：块设备（block device）
  • d：目录（directory）
  • l：符号链接（symlink）
  • 其他类型此处暂不展开

对于驱动开发者而言，最常打交道的是：

  • c 开头的 字符设备（如 /dev/null、/dev/ttyS0、/dev/gpiochip0 等）
  • b 开头的 块设备（如 /dev/mmcblk0、/dev/zram0 等）
  • 倒数第3和第2列的一对数字（主次设备号）：
bash
crw-rw-rw-  1 root  root    1,   3 12月 9日 19:02 null
                            ^    ^
                            |    |
                       主设备号  次设备号

这两个数字共同构成该设备的设备号（device number），用于在内核中唯一标识设备及对应驱动。 例如：

  • /dev/null：1, 3
  • /dev/mmcblk0：179, 0

后续章节会专门介绍主设备号与次设备号的含义、分配方式，以及驱动程序如何注册和使用。

二、按访问方式分类 ​

Linux 中最基础的分类是按照访问方式，将设备分为：

  1. 字符设备（Character Device）
  2. 块设备（Block Device）

1. 字符设备 ​

字符设备（Character Device）以 字节流（stream） 的方式进行顺序读写：

  • 一般不要求对齐到固定大小的 “ 块 ” 。
  • 通常不带复杂的缓冲和随机访问优化。

典型示例：

  • 串口终端：/dev/ttyS0、/dev/ttyUSB0
  • 控制台：/dev/console
  • 一些简单的控制类或调试类设备：/dev/null、/dev/zero、/dev/random
  • 用户自定义的字符设备：/dev/mychar 等

在 ls -l 输出中：

  • 以 c 开头：
bash
crw-rw---- 1 root dialout 4, 64 ... /dev/ttyS0

用户空间通常使用 open / read / write / ioctl 等系统调用访问字符设备：

c
int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR);
write(fd, buf, len);
read(fd, buf, len);
close(fd);

后续章节将重点围绕这一类设备展开。

2. 块设备 ​

块设备（Block Device）以数据块（block）为单位读写，块大小通常为 512 字节或其倍数。 特点：

  • 支持高效的随机访问和缓存机制。
  • 主要用于各种存储介质。

典型示例：

  • eMMC / SD 卡：/dev/mmcblk0、/dev/mmcblk0p1
  • U 盘、SATA/USB 磁盘：/dev/sda、/dev/sdb

在 ls -l 输出中：

  • 以 b 开头：
bash
brw-rw---- 1 root disk 179, 0 12月 9日 19:02 /dev/mmcblk0

通常不会直接对块设备进行高层数据读写，而是：

  1. 在块设备之上建立文件系统（如 ext4、vfat）；
  2. 将其挂载到某个目录：
bash
mount /dev/mmcblk0p1 /mnt
  1. 通过普通文件接口访问 /mnt 下的文件。

块设备驱动与文件系统配合使用，涉及内容较多，此章节重点不在此。

三、网络设备与其它类型 ​

字符设备和块设备主要通过 /dev 暴露给用户空间。

除此之外，还有一些不以传统设备文件形式呈现的设备类型，主要通过专门的子系统使用。

1. 网络设备 ​

网络设备（Network Device），例如以太网、WiFi等通常以 网络接口 的形式出现：

  • 例如：eth0、end0 、wlan0、lo 等。
  • 可以通过以下命令查看：
bash
ip link show

网络设备：

  • 不对应普通的 /dev 设备文件。
  • 通过 socket 接口与内核网络子系统交互，例如：
c
socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

网络驱动通常实现 struct net_device 相关接口，属于单独的子系统，本教程暂不展开。

2. 其他设备等 ​

某些设备类型在内核中有专门框架，并通过特定方式暴露给用户空间：

  • 输入设备（键盘、触摸屏等）：
    • 底层通常为字符设备：/dev/input/eventX
    • 用户空间多通过 libinput、Xorg、Wayland 等上层库使用。
  • 声音设备：
    • ALSA 框架：如 /dev/snd/*
    • 提供 PCM、控制等多种接口。
  • 图形设备（GPU / 显卡）：
    • DRM/KMS 体系：如 /dev/dri/card0

这类设备在内核内部一般仍然基于字符设备或其他抽象，但对外通过各自子系统和 API 使用。

四、从sysfs视角看设备分类 ​

除了 /dev，现代 Linux 内核还通过 sysfs（通常挂载在 /sys）对设备进行分层组织和展示。

在开发板上使用 ls /sys/class/：

bash
lckfb@linaro-alip:~$ ls /sys/class/
android_usb  devcoredump     dvb          input      net             pwm          scsi_disk      tpm                 usb_role
ata_device   devfreq         extcon       iommu      nvme            regulator    scsi_host      tpmrm               vc
ata_link     devfreq-event   gpio         leds       nvme-generic    retimer      sound          tty                 video4linux
ata_port     devlink         hdmirx       mdio_bus   nvme-subsystem  rfkill       spidev         typec               vtconsole
backlight    dma             hidraw       mem        pci_bus         rk_modem     spi_host       typec_mux           wakeup
bdi          dma_heap        hwmon        misc       phy             rkwifi       spi_master     ubi                 watchdog
block        drm             i2c-adapter  mmc_host   power_supply    rpmsg        spi_transport  udc                 zram-control
bluetooth    drm_dp_aux_dev  i2c-dev      mpp_class  pps             rtc          tee            usbmon
bsg          dsmc            ieee80211    mtd        ptp             scsi_device  thermal        usb_power_delivery

可见典型目录，例如：

  • block ：块设备类
  • tty ：终端/串口类设备
  • net ：网络接口
  • input ：输入设备类
  • mmc_host ：MMC 主控制器

这些目录下的类（class）代表一种设备类型或子系统； 类下的每个条目对应一个具体设备实例，并通过符号链接与 /sys/devices 中的物理设备关联。

后续章节将对此做详细介绍。

六、小结 ​

  1. Linux 中常见设备分类：
    • 字符设备（character device）：以字节/流的方式访问，例如串口、部分控制类设备；
    • 块设备（block device）：以固定大小数据块访问，主要用于各种存储介质；
    • 还有网络设备、输入设备、声音设备等，通过专门子系统和接口使用。
  2. 在 /dev 中：
    • c 开头的设备文件表示字符设备；
    • b 开头的设备文件表示块设备；
    • 后面的主、次设备号用于唯一标识设备与对应驱动。
  3. 在 /sys/class 中，可以从设备模型角度观察不同类型设备的组织方式。

本页面更新于: