一、設備類相關知識

設備類是虛擬的，并沒有直接相應的物理實物。僅僅是為了更好地管理同一類設備導出到用戶空間而產生的文件夾和文件。整個過程涉及到sysfs文件系統，該文件系統是為了展示linux設備驅動模型而構建的文件系統，是基于ramfs，linux根文件夾中的/sysfs即掛載了sysfs文件系統。

Struct kobject數據結構是sysfs的基礎。kobject在sysfs中代表一個文件夾，而linux的驅動(struct driver)、設備(struct device)、設備類(struct class)均是從kobject進行派生的，因此他們在sysfs中都相應于一個文件夾。而數據結構中附屬的struct device_attribute、driver_attribute、class_attribute等屬性數據結構在sysfs中則代表一個普通的文件。

Struct kset是struct kobject的容器。即Struct kset能夠成為同一類struct kobject的父親，而其自身也有kobject成員。因此其又可能和其它kobject成為上一級kset的子成員。

本文無意對sysfs和linux設備驅動模型進行展開，以后再另寫文章進行分析。

二、兩種創建設備文件的方式

在設備驅動中cdev_add將struct file_operations和設備號注冊到系統后，為了可以自己主動產生驅動相應的設備文件。須要調用class_create和device_create，并通過uevent機制調用mdev（嵌入式linux由busybox提供）來調用mknod創建設備文件。當然也可以不調用這兩個接口。那就手工通過命令行mknod來創建設備文件。

三、設備類和設備相關數據結構

1include/linux/kobject.h

struct kobject {

const char *name;//名稱

struct list_head entry;//kobject鏈表

struct kobject *parent;//即所屬kset的kobject

struct kset *kset;//所屬kset

struct kobj_type *ktype;//屬性操作接口

…

};

struct kset {

struct list_head list;//管理同屬于kset的kobject

struct kobject kobj;//能夠成為上一級父kset的子文件夾

const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;//uevent處理接口

};

如果Kobject A代表一個文件夾，kset B代表幾個文件夾（包含A）的共同的父文件夾。

則A.kset=B; A.parent=B.kobj.

2include/linux/device.h

struct class {//設備類

const char *name; //設備類名稱

struct module *owner;//創建設備類的module

struct class_attribute *class_attrs;//設備類屬性

struct device_attribute *dev_attrs;//設備屬性

struct kobject *dev_kobj;//kobject再sysfs中代表一個文件夾

….

struct class_private *p;//設備類得以注冊到系統的連接件

};

3drivers/base/base.h

struct class_private {

//該設備類相同是一個kset，包括以下的class_devices。同一時候在class_subsys填充父kset

struct kset class_subsys;

struct klist class_devices;//設備類包括的設備（kobject）

…

struct class *class;//指向設備類數據結構，即要創建的本級文件夾信息

};

4include/linux/device.h

struct device {//設備

struct device *parent;//sysfs/devices/中的父設備

struct device_private *p;//設備得以注冊到系統的連接件

struct kobject kobj;//設備文件夾

const char *init_name;//設備名稱

struct bus_type *bus;//設備所屬總線

struct device_driver *driver; //設備使用的驅動

struct klist_node knode_class;//連接到設備類的klist

struct class *class;//所屬設備類

const struct attribute_group **groups;

…

}

5drivers/base/base.h

struct device_private {

struct klist klist_children;//連接子設備

struct klist_node knode_parent;//增加到父設備鏈表

struct klist_node knode_driver;//增加到驅動的設備鏈表

struct klist_node knode_bus;//增加到總線的鏈表

struct device *device;//相應設備結構

};

6解釋

class_private是class的私有結構。class通過class_private注冊到系統中。device_private是device的私有結構，device通過device_private注冊到系統中。注冊到系統中也是將對應的數據結構增加到系統已經存在的鏈表中，可是這些鏈接的細節并不希望暴露給用戶，也沒有必要暴露出來，所以才有private的結構。

而class和device則通過sysfs向用戶層提供信息。

四、創建設備類文件夾文件

1.在驅動通過cdev_add將struct file_operations接口集和設備注冊到系統后。即利用class_create接口來創建設備類文件夾文件。

led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class");

__class_create(owner, name, &__key);

cls->name = name;//設備類名

cls->owner = owner;//所屬module

retval = __class_register(cls, key);

struct class_private *cp;

//將類的名字led_class賦值給相應的kset

kobject_set_name(&cp->class_subsys.kobj, "%s", cls->name);

//填充class_subsys所屬的父kset：ket:sysfs/class.

cp->class_subsys.kobj.kset = class_kset;

//填充class屬性操作接口

cp->class_subsys.kobj.ktype = &class_ktype;

cp->class = cls;//通過cp能夠找到class

cls->p = cp;//通過class能夠找到cp

//創建led_class設備類文件夾

kset_register(&cp->class_subsys);

//在led_class文件夾創建class屬性文件

add_class_attrs(class_get(cls))。

2.繼續展開kset_register

kset_register(&cp->class_subsys);

kobject_add_internal(&k->kobj);

// parent即class_kset.kobj,即/sysfs/class相應的文件夾

parent = kobject_get(kobj->parent);

create_dir(kobj);

//創建一個led _class設備類文件夾

sysfs_create_dir(kobj);

//該接口是sysfs文件系統接口，代表創建一個文件夾，不再展開。

3.上述提到的class_kset在class_init被創建

class_kset = kset_create_and_add("class", NULL, NULL);

第三個傳參為NULL。代表默認在/sysfs/創建class文件夾。

五、創建設備文件夾和設備屬性文件

1.利用class_create接口來創建設備類文件夾文件后，再利用device_create接口來創建詳細設備文件夾和設備屬性文件。

led_device = device_create(led_class, NULL, led_devno, NULL, "led");

device_create_vargs

dev->devt = devt;//設備號

dev->class = class;//設備類led_class

dev->parent = parent;//父設備。這里是NULL

kobject_set_name_vargs(&dev->kobj, fmt, args)//設備名”led”

device_register(dev) 注冊設備

2.繼續展開device_register(dev)

device_initialize(dev);

dev->kobj.kset = devices_kset;//設備所屬/sysfs/devices/

device_add(dev)

device_private_init(dev)//初始化device_private

dev_set_name(dev, "%s", dev->init_name);//賦值dev->kobject的名稱

setup_parent(dev, parent);//建立device和父設備的kobject的聯系

//kobject_add在/sysfs/devices/文件夾下創建設備文件夾led，kobject_add是和kset_register相似的接口。僅僅只是前者針對kobject。后者針對kset。

kobject_add(&dev->kobj, dev->kobj.parent, NULL);

kobject_add_varg

kobj->parent = parent;

kobject_add_internal(kobj)

create_dir(kobj);//創建設備文件夾

//在剛創建的/sysfs/devices/led文件夾下創建uevent屬性文件,名稱是”uevent”

device_create_file(dev, &uevent_attr);

//在剛創建的/sysfs/devices/led文件夾下創建dev屬性文件，名稱是”dev”。該屬性文件的內容就是設備號

device_create_file(dev, &devt_attr);

//在/sysfs/class/led_class/文件夾下建立led設備的符號連接，所以打開/sysfs/class/led_class/led/文件夾也能看到dev屬性文件，讀出設備號。

device_add_class_symlinks(dev);

//創建device屬性文件，包含設備所屬總線的屬性和attribute_group屬性

device_add_attrs()

bus_add_device(dev) //將設備增加總線

//觸發uevent機制，并通過調用mdev來創建設備文件。

kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

//匹配設備和總線的驅動，匹配成功就調用驅動的probe接口，不再展開

bus_probe_device(dev);

3.展開kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

kobject_uevent_env(kobj, action, NULL);

kset = top_kobj->kset;

uevent_ops = kset->uevent_ops; //即device_uevent_ops

// subsystem即設備所屬的設備類的名稱”led_class”

subsystem = uevent_ops->name(kset, kobj);

//devpath即/sysfs/devices/led/

devpath = kobject_get_path(kobj, GFP_KERNEL);

//加入各種環境變量

add_uevent_var(env, "ACTION=%s", action_string);

add_uevent_var(env, "DEVPATH=%s", devpath);

add_uevent_var(env, "SUBSYSTEM=%s", subsystem);

uevent_ops->uevent(kset, kobj, env);

add_uevent_var(env, "MAJOR=%u", MAJOR(dev->devt));

add_uevent_var(env, "MINOR=%u", MINOR(dev->devt));

add_uevent_var(env, "DEVNAME=%s", name);

add_uevent_var(env, "DEVTYPE=%s", dev->type->name);

//還會添加總線相關的一些屬性環境變量等等。

#if defined(CONFIG_NET)//假設是PC的linux會通過socket的方式向應用層發送uevent事件消息，但在嵌入式linux中不啟用該機制。

#endif

argv [0] = uevent_helper;//即/sbin/mdev

argv [1] = (char *)subsystem;//”led_class”

argv [2] = NULL;

add_uevent_var(env, "HOME=/");

add_uevent_var(env,"PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin");

call_usermodehelper(argv[0], argv,env->envp, UMH_WAIT_EXEC);

4.上述提到的devices_kset在devices_init被創建

devices_kset = kset_create_and_add("devices", &device_uevent_ops, NULL);

//第三個傳參為NULL，代表默認在/sysfs/創建devices文件夾

5.上述設備屬性文件

static struct device_attribute devt_attr =

__ATTR(dev, S_IRUGO, show_dev, NULL);

static ssize_t show_dev(struct device *dev, struct device_attribute *attr,char *buf){{

return print_dev_t(buf, dev->devt);//即返回設備的設備號

}

6.devices設備文件夾響應uevent事件的操作

static const struct kset_uevent_ops device_uevent_ops = {

.filter =dev_uevent_filter,

.name = dev_uevent_name,

.uevent = dev_uevent,

};

7.call_usermodehelper是從內核空間調用用戶空間程序的接口。

8.對于嵌入式系統來說，busybox採用的是mdev，在系統啟動腳本rcS中會使用命令

echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug

uevent_helper[]數組即讀入/proc/sys/kernel/hotplug文件的內容，即 “/sbin/mdev” .

六、創建設備文件

輪到mdev出場了，以上描寫敘述都是在sysfs文件系統中創建文件夾或者文件，而應用程序訪問的設備文件則須要創建在/dev/文件夾下。該項工作由mdev完畢。

Mdev的原理是解釋/etc/mdev.conf文件定義的命名設備文件的規則。并在該規則下依據環境變量的要求來創建設備文件。Mdev.conf由用戶層指定，因此更具靈活性。本文無意展開對mdev配置腳本的分析。

Busybox/util-linux/mdev.c

int mdev_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)

xchdir("/dev");

if (argv[1] && strcmp(argv[1], "-s")//系統啟動時mdev –s才會運行這個分支

else

action = getenv("ACTION");

env_path = getenv("DEVPATH");

G.subsystem = getenv("SUBSYSTEM");

snprintf(temp, PATH_MAX, "/sys%s", env_path);//到/sysfs/devices/led文件夾

make_device(temp, /*delete:*/ 0);

strcpy(dev_maj_min, "/dev"); //讀出dev屬性文件。得到設備號

open_read_close(path, dev_maj_min + 1, 64);

….

mknod(node_name, rule->mode | type, makedev(major, minor))

終于我們會跟蹤到mknod在/dev/文件夾下創建了設備文件。

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