08、文件私有数据实验

在驱动开发中，通常会为每个设备创建一个设备结构体，用来存放该设备的硬件信息。本章将讲解设备结构体的工作原理以及如何处理文件中的私有数据。

一、文件私有数据简介

在Linux系统中，虽然没有强制要求使用文件私有数据，但驱动开发中广泛采用这一方法，这已成为一种常见做法，同时也体现了面向对象的设计理念。Linux的struct file结构体中专门设置了一个字段（域），供驱动程序存储自己的私有数据。这一结构体定义在linux/fs.h头文件中。

在Linux设备驱动中，文件私有数据（private_data）是一个常用方法。它的作用是将设备结构体的地址保存到文件私有数据指针中，这样就能在打开设备（open函数）时记录设备信息，并在后续的读（read）、写（write）操作中直接使用这些数据。具体来说：

• open函数中：将设备结构体的地址赋值给private_data；
• read/write函数中：通过private_data获取设备信息，执行具体操作。

这种方式让设备信息在驱动的不同函数之间传递变得简单直接。

struct device test dev1;
static int cdev_test_open(struct inode *inode,struct file *file){
  file->private_data=&dev1;
  return O;
};

在代码中，我们首先创建了一个名为dev1的设备信息结构。当设备被打开时（在open函数里），我们把设备的私有数据指针（private_data）设置为指向这个dev1结构。这样在后续的读操作（read函数）和写操作（write函数）中，就可以直接通过这个私有数据指针访问到设备的dev1结构里的数据了。

static ssize _t cdev test_write(struct file *file,const char user *buf, size_t size,loff t *off t){
  struct device_test *test_dev=(struct device_test *)file->private_data;
  return O;

二、实验程序编写

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>

struct device_test{

    dev_t dev_num;              //设备号
     int major ;                         //主设备号
    int minor ;                          //次设备号
    struct cdev cdev_test;  // cdev
    struct class *class;         //类
    struct device *device;   //设备
    char kbuf[32];                  //缓存区buf
};

struct  device_test dev1;  //定义一个device_test结构体变量

/*打开设备函数*/
static int cdev_test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{

    file->private_data=&dev1;  //设置私有数据
    printk("This is cdev_test_open\r\n");

    return 0;
}

/*向设备写入数据函数*/
static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
     struct device_test *test_dev=(struct device_test *)file->private_data; //在write函数中读取private_data

    if (copy_from_user(test_dev->kbuf, buf, size) != 0) // copy_from_user:用户空间向内核空间传数据
    {
        printk("copy_from_user error\r\n");
        return -1;
    }
    printk("This is cdev_test_write\r\n");

    printk("kbuf is %s\r\n", test_dev->kbuf); //打印kbuf的值
    return 0;
}

/**从设备读取数据*/
static ssize_t cdev_test_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{

    struct device_test *test_dev=(struct device_test *)file->private_data;

    if (copy_to_user(buf, test_dev->kbuf, strlen( test_dev->kbuf)) != 0) // copy_to_user:内核空间向用户空间传数据
    {
        printk("copy_to_user error\r\n");
        return -1;
    }

    printk("This is cdev_test_read\r\n");
    return 0;
}

static int cdev_test_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("This is cdev_test_release\r\n");
    return 0;
}

/*设备操作函数*/
struct file_operations cdev_test_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,         //将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
    .open = cdev_test_open,         //将open字段指向chrdev_open(...)函数
    .read = cdev_test_read,            //将open字段指向chrdev_read(...)函数
    .write = cdev_test_write,         //将open字段指向chrdev_write(...)函数
    .release = cdev_test_release,//将open字段指向chrdev_release(...)函数
};

static int __init chr_fops_init(void) //驱动入口函数
{
    /*注册字符设备驱动*/
    int ret;
    /*1 创建设备号*/
    ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num, 0, 1, "alloc_name"); //动态分配设备号
    if (ret < 0)
    {
        printk("alloc_chrdev_region is error\n");
    }
    printk("alloc_chrdev_region is ok\n");

    dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号
   dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号

    printk("major is %d \r\n", dev1.major); //打印主设备号
    printk("minor is %d \r\n", dev1.minor); //打印次设备号
     /*2 初始化cdev*/
    dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&dev1.cdev_test, &cdev_test_fops);

    /*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/
    cdev_add(&dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1);

    /*4 创建类*/
  dev1. class = class_create(THIS_MODULE, "test");

    /*创建设备*/
  dev1.device = device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, "test");

    return 0;
}

static void __exit chr_fops_exit(void) //驱动出口函数
{
    /*注销字符设备*/
    unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
    cdev_del(&dev1.cdev_test);                 //删除cdev
    device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num);       //删除设备
    class_destroy(dev1.class);                 //删除类
}
module_init(chr_fops_init);
module_exit(chr_fops_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("topeet");