Linux设备驱动程序之主次设备号

主设备号和次设备号

对字符设备的访问是通过文件系统内的设备名称进行的，这些名称被称为特殊文件、设备文件、或者简单称之为文件系统树的节点，它们通常位于/dev目录。字符设备驱动程序的设备文件可以通过ls -l命令输出的第一列中的c字符来识别，块设备也出现在/dev下，但它们由字符b来标识；

通过执行ls -l 命令，可以看到在修改日期之前，有两个用逗号分隔的数字，分别为主设备号和次设备号。

主设备号标识设备对应的驱动程序；linux设备内核允许多个驱动程序共享主设备号；

次设备号由内核使用，用用户正确确定设备文件所指的设备。依赖驱动程序的编写方式，我们可以通过次设备号获得一个指向内核设备的直接指针，也可以将次设备号当做设备本地数组的索引。不管哪种方式，除了知道次设备号用来指向驱动程序所实现的设备之外，内核本身不关心关于此设备号的其他信息；

crw-rw----.  root video    ,  Nov  : agpgart
crw-------.  root root     ,  Nov  : autofs
drwxr-xr-x.  root root          Nov  : block
drwxr-xr-x.  root root           Nov  : bsg
crw-------.  root root     ,  Nov  : btrfs-control
drwxr-xr-x.  root root           Nov  : bus
lrwxrwxrwx.  root root            Nov  : cdrom -> sr0
drwxr-xr-x.  root root         Nov  : char
crw-------.  root root      ,    Nov  : console
lrwxrwxrwx.  root root           Nov  : core -> /proc/kcore
drwxr-xr-x.  root root          Nov  : cpu
crw-------.  root root     ,   Nov  : cpu_dma_latency
crw-------.  root root     ,  Nov  : cuse
drwxr-xr-x.  root root          Nov  : disk
crw-rw----+  root audio    ,    Nov  : dmmidi

设备编号的内部表达

内核中，dev_t类型(位于<linux/types.h>)用来保存设备编号，包括主设备号和次设备号；

 typedef __u32 __kernel_dev_t;
 
 typedef __kernel_dev_t        dev_t;

可见dev_t类型是个32位的无符号整数，其中12位用来表示主设备号，其余20位表示次设备号；我们不应该对设备编号的组织做假定，而应该始终使用如下两个宏(位于linux/kdev_t.h)来获取主次设备号；

 #define MINORBITS    20
 #define MINORMASK    ((1U << MINORBITS) - 1)
 
 #define MAJOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
 #define MINOR(dev)    ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

如果需要将主次设备号转换成dev_t类型，则使用下面宏(位于linux/kdev_t.h)：

 #define MKDEV(ma,mi)    (((ma) << MINORBITS) | (mi))

分配和释放设备编号

指定范围分配编号：

在建立一个字符设备之前，我们的驱动程序首先要做的事情就是获取一个或者多个设备编号，完成该工作的必要函数是register_chrdev_region，该函数在<linux/fs.h>中声明：

 int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)

参数from标识要分配的设备号范围的起始值，次设备号经常设置为0，但对该函数不是必须的；

参数count标识分配设备号的个数，如果count非常大，则所请求的范围可能和下一个主设备号重叠，但是只要我们所请求的编号范围是可用的，则不会带来问题；

参数name是和该编号范围关联的设备名称，它将出现在/proc/devices和sysfs中；

动态分配设备编号：

在不知道要分配的设备号的时候，可以使用动态分配的方式，函数如下：

 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)

参数dev是仅用于输出的参数，在成功完成调用后将保存已分配范围的第一个编号；

参数baseminor是要使用的被请求的第一个次设备号，通常是0；

参数count标识分配设备号的个数；

参数name是和该编号范围关联的设备名称；

始终使用动态分配设备编号：

对于新的驱动程序，强烈建议不要随便选择一个当前设备未使用的设备号作为主设备号，而应该使用动态分配机制获取主设备号；驱动程序应该使用使用alloc_chrdev_region而不是register_chrdev_region函数；

动态分配的缺点：由于分配的主设备号不能始终保持一致，素以无法预先创建设备节点；对于驱动程序的一般做法是，为了加载一个使用动态主设备号的设备驱动程序，对insmod的调用可替换成一个简单的脚本，该脚本在调用insmod之后读取/proc/devices以获得新分配的主设备号，然后创建对应的设备文件；

释放设备编号：

在不使用设备编号的时候需要进行释放，函数如下：

 void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)