Linux驱动：class_create、device_create

udev是什么

  • 动态管理设备文件
    传统的 Linux 系统通过静态创建 /dev 目录下的设备文件（如早期的 mknod 命令），但现代系统中硬件设备（如 USB 设备、存储设备、串口等）热插拔频繁，udev 可实时响应设备事件，自动生成或删除对应的设备文件。
    例如：插入 U 盘时，udev 会自动在 /dev 下创建如 /dev/sdb 或 /dev/sdb1 等-设备节点。

  • 设备属性与权限配置
    udev 可根据设备的硬件信息（如 Vendor ID、Product ID、总线类型等）为设备文件设置 自定义权限、所有者、组属 或 符号链接（如 /dev/usb/dev_acm0 指向实际设备节点），方便用户或程序访问。
    例如：为 USB 串口设备设置权限为 666，或为摄像头设备创建易读的符号链接 /dev/my_camera。

  • 响应内核事件
    udev 通过监听内核的 uevent 机制（内核向用户空间发送的设备事件通知），获取设备的插拔、状态变化等信息，并触发预设的规则进行处理。

  • udev 规则文件
    规则文件定义了设备匹配条件和对应的操作，存储在 /etc/udev/rules.d/ 和 /lib/udev/rules.d/ 目录下，文件名通常以数字开头（如 50-udev-default.rules），数字越小优先级越高。

# 为 Vendor ID=046d、Product ID=c52f 的 USB 鼠标设置权限为 666，并创建符号链接
SUBSYSTEM=="usb", ATTRS{idVendor}=="046d", ATTRS{idProduct}=="c52f", MODE="0666", SYMLINK+="usb_mouse"

SUBSYSTEM：设备所属子系统（如 usb、block、tty 等）。
ATTRS{…}：设备属性（如 Vendor ID、Product ID）。
MODE：设备文件权限。
SYMLINK：创建符号链接。

  • udevadm 工具
    用于调试和管理 udev，常见命令：
    udevadm monitor：监听 udev 事件。
    udevadm info：查看设备的 udev 规则和属性。
    udevadm trigger：手动触发 udev 规则（如插入新设备后刷新设备节点）。

  • udev 与设备驱动的配合
    在 Linux 设备驱动开发中，若需自动创建设备文件，通常配合以下步骤：
    使用 class_create（内核函数）创建一个设备类（用于 /sys/class/ 下的分类）。
    使用 device_create（内核函数）在该类下创建具体设备，此时内核会通过 uevent 通知 udev。
    udev 根据预设规则或动态生成规则，在 /dev 下创建对应的设备文件。

驱动中自动创建设备文件示例

#include <linux/device.h>static struct class *my_class;
static struct device *my_device;// 驱动初始化函数中
my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_class");
if (IS_ERR(my_class)) {return PTR_ERR(my_class);
}my_device = device_create(my_class, NULL, dev_num, NULL, "my_device");
if (IS_ERR(my_device)) {class_destroy(my_class);return PTR_ERR(my_device);
}// 驱动退出函数中
device_destroy(my_class, dev_num);
class_destroy(my_class);

执行后，udev 会根据 /sys/class/my_class/my_device 中的信息生成 /dev/my_device 设备文件。

class_create

struct class *class_create(struct module *owner, const char *name);

参数：
owner：一般为 THIS_MODULE（表示模块所有者）。
name：设备类名称（如 CLASS_NAME）。
返回值：
成功：指向 struct class 的指针。
失败：ERR_PTR（需通过 IS_ERR() 检查）。

device_create

struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);

参数：
class：指向 class_create 返回的 struct class 指针。
parent：父设备（通常为 NULL）。
devt：设备号（需与注册字符设备时的 dev_num 一致）。
drvdata：设备特定数据（通常为 NULL）。
fmt：设备名称（如 DEVICE_NAME）。
返回值：
成功：指向 struct device 的指针。
失败：ERR_PTR（需通过 IS_ERR() 检查）。

device_destroy：

void device_destroy(struct class *class, dev_t devt);

销毁设备节点，删除 /sys/class// 条目，并通知 udev 移除 /dev/ 下的设备文件。

class_destroy

void class_destroy(struct class *class);

销毁设备类，删除 /sys/class/ 目录。

module_test.c

#include <linux/module.h>		// module_init  module_exit
#include <linux/init.h>			// __init   __exit
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>  // copy_to_user, copy_from_user
#include <linux/kernel.h>
#include <mach/gpio-bank.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <linux/cdev.h>  
#include <linux/device.h>#define DEVICE_NAME "mychartest"  // 设备名（/dev/下的文件名）
#define CLASS_NAME "my_char_class"    // 设备类名（/sys/class/下的目录名）#define  GPJ0CON  S5PV210_GPJ0CON
#define  GPJ0DAT  S5PV210_GPJ0DAT#define  rGPJ0CON  *((volatile unsigned int *) GPJ0CON)
#define  rGPJ0DAT  *((volatile unsigned int *) GPJ0DAT)#define BUFFER_SIZE 100
#define MYMAJOR 250
#define MYNAME "mychartest"int mymajor;
static char buffer[BUFFER_SIZE];static dev_t dev_num;             // 设备号（主设备号+次设备号）
static struct cdev my_cdev;       // 字符设备结构static struct class *my_class;  // 设备类指针
static struct device *my_device; // 设备指针int ctrled(int sta)
{if(sta){rGPJ0CON = 0x11111111;//rGPJ0DAT =((1<<3) | (1<<4) | (1<<5)) //灭1rGPJ0DAT =((1<<3) | (0<<4) | (0<<5)) ;//亮0printk(KERN_INFO "rGPJ0CON = %p\n",rGPJ0CON);printk(KERN_INFO "rGPJ0DAT = %d\n",rGPJ0DAT);printk(KERN_INFO "GPJ0CON = %p\n",GPJ0CON);printk(KERN_INFO "GPJ0DAT = %p\n",GPJ0DAT);}else{rGPJ0DAT =((0<<3) | (1<<4) | (1<<5)); //灭}}
// 打开设备函数
static int my_open(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device opened\n");return 0;
}// 释放设备函数
static int my_release(struct inode *inode, struct file *filp) {printk(KERN_INFO "Device released\n");return 0;
}// 读取设备函数
static ssize_t my_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_read\n");// 确保用户缓冲区足够大if (count < sizeof(unsigned int)) {return -EINVAL;}// 读取寄存器值unsigned int reg_value = rGPJ0DAT;printk(KERN_INFO "reg_value = %d\n",reg_value);printk(KERN_INFO "sizeof(reg_value) = %d\n",sizeof(reg_value));if (copy_to_user(buf, &reg_value, sizeof(reg_value))) {return -EFAULT;}// 更新文件位置*f_pos += sizeof(reg_value);// 返回实际传输的字节数return sizeof(reg_value);
}// 写入设备函数
static ssize_t my_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {printk(KERN_INFO "my_write\n");memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (copy_from_user(buffer, buf, count)) {return -EFAULT;}if(!strcmp(buffer,"1")){printk(KERN_INFO "1\n");ctrled(1);}else if(!strcmp(buffer,"0")){printk(KERN_INFO "0\n");ctrled(0);}return 0;
}// 定义file_operations结构体实例
static const  struct file_operations my_fops = {.owner = THIS_MODULE,//全部一样，都这样写.open = my_open,.release = my_release,.write = my_write,.read = my_read,};// 模块安装函数
static int __init chrdev_init(void)
{	int ret;printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld init\n");// 动态分配设备号（主设备号自动分配，次设备号从0开始，分配1个）ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, MYNAME);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to allocate char device number\n");return ret;}// 打印分配的主设备号和次设备号printk(KERN_INFO "Allocated major: %d, minor: %d\n", MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));// 初始化 cdev 结构cdev_init(&my_cdev, &my_fops);my_cdev.owner = THIS_MODULE;// 注册字符设备到内核ret = cdev_add(&my_cdev, dev_num, 1);if (ret < 0) {printk(KERN_ERR "Failed to add char device\n");unregister_chrdev_region(dev_num, 1); // 释放已注册的设备号return ret;}// 创建设备类（/sys/class/CLASS_NAME）my_class = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);if (IS_ERR(my_class)) {cdev_del(&my_cdev);unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_ERR "Failed to create class\n");return PTR_ERR(my_class);}//  创建设备节点（触发 udev 生成 /dev/DEVICE_NAME）my_device = device_create(my_class, NULL, dev_num, NULL, DEVICE_NAME);if (IS_ERR(my_device)) {class_destroy(my_class);cdev_del(&my_cdev);unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_ERR "Failed to create device\n");return PTR_ERR(my_device);}printk(KERN_INFO "Successfully created device: /dev/%s\n", DEVICE_NAME);printk(KERN_INFO "chrdev_init helloworld successs... mymajor = %d\n", MYMAJOR);
}// 模块下载函数
static void __exit chrdev_exit(void)
{// 销毁设备节点if (my_device) {device_destroy(my_class, dev_num);}// 销毁设备类if (my_class) {class_destroy(my_class);}// 移除字符设备cdev_del(&my_cdev);// 释放设备号unregister_chrdev_region(dev_num, 1);printk(KERN_INFO "chrdev_exit helloworld exit\n");}module_init(chrdev_init);
module_exit(chrdev_exit);// MODULE_xxx这种宏作用是用来添加模块描述信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 描述模块的许可证
MODULE_AUTHOR("aston");				// 描述模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("module test");	// 描述模块的介绍信息
MODULE_ALIAS("alias xxx");			// 描述模块的别名信息

sys 文件系统简介

sysfs（sys 文件系统） 是 Linux 内核提供的一种虚拟文件系统，用于在用户空间中暴露内核数据结构和设备信息。它挂载在 /sys 目录下，主要用于：

展示内核中设备、驱动、总线等硬件相关信息。
提供用户空间与内核交互的接口（如读取 / 修改内核参数）。
配合 udev 实现设备文件的自动创建和管理。

sysfs 的目录结构与内核中的对象模型紧密关联，主要包含以下几类核心目录：

/sys/bus：按总线类型（如 pci、usb）分类的设备和驱动信息。
/sys/devices：系统中所有设备的层次化列表。
/sys/class：按功能分类的设备抽象类（如 net、block、gpio），与用户空间交互最密切。
/sys/module：内核加载的模块信息。

/sys/class/xxx/ 目录中文件的作用

/sys/class/ 下的每个子目录（如 leds、tty、mydevice）代表一个 设备类（device class），用于将功能相似的设备分组。每个设备类包含多个设备实例的抽象信息，其下的文件和子目录主要用于：

设备类属性文件

name：设备类的名称（字符串）。
dev：记录该类下设备对应的主设备号和次设备号（格式为 major:minor），供 udev 自动创建设备节点时使用。
uevent：内核向用户空间发送设备事件（如设备插入 / 移除）的接口，udev 通过监听此文件触发规则。

设备实例文件（在设备类子目录中）

当设备驱动通过 class_create 和 device_create 创建设备实例后，会在设备类目录下生成以设备名称命名的子目录（如 /sys/class/myclass/mydev），其下常见文件包括：

dev：设备实例对应的主设备号和次设备号（用于 udev 创建设备节点）。
power：设备电源管理相关属性（如 status 表示电源状态）。
subsystem：指向设备所属的总线或类的符号链接（如 /sys/class/myclass）。
自定义属性文件：驱动程序可通过 sysfs_create_file 在内核中动态创建属性文件，用于暴露设备状态或配置参数（如 LED 亮度、GPIO 方向等）。

与 udev 配合自动创建设备节点

/sys/class/xxx/ 目录中的 dev 文件是 udev 自动创建设备节点的关键：

当内核检测到新设备时，会在 sysfs 中生成对应的设备类和实例目录，并写入 dev 文件（主 / 次设备号）。
udev 监听 sysfs 变化，根据预设规则（如 /etc/udev/rules.d/ 中的规则），结合 dev 文件中的设备号，在 /dev 目录下创建设备节点（如 /dev/ttyUSB0）。
在这里插入图片描述

/sys/class/my_char_class/mychartest

dev 文件

作用：
该文件存储设备的 设备号（包括主设备号和次设备号），用于标识内核中的具体设备。
设备号是字符设备或块设备的唯一标识，由主设备号（标识设备类型 / 驱动）和次设备号（标识具体设备实例）组成。
用户空间工具（如 mknod、udev）可通过读取此文件获取设备号，从而创建设备节点（如 /dev/xxx）。
内容格式：
文件内容为两个用逗号分隔的数字，例如：
在这里插入图片描述

power/ 目录

作用：
该目录包含与设备 电源管理 相关的属性文件，用于控制设备的电源状态（如休眠、唤醒、功耗设置等）。
这是 Linux 内核电源管理子系统（PM subsystem）的一部分，支持 ACPI、USB 等设备的电源控制。
常见子文件：
control：
控制设备的电源状态，可写入 on（开启）、auto（自动）、off（关闭）。
runtime_status：
显示设备的运行时电源状态（如 active、suspended）。
runtime_suspended_time：
记录设备处于挂起状态的总时间。
wakeup：
控制设备是否可以唤醒系统（on/off）。

echo off > /sys/class/xxx/power/control  # 关闭设备电源

subsystem 文件

作用：
该文件存储设备所属的 子系统（Subsystem） 路径，用于标识设备在 Linux 设备模型中的分类。
子系统是内核中设备的逻辑分组（如 block、char、net、usb 等），同一子系统下的设备具有相似的操作接口。
内容格式：
文件内容为子系统在 /sys/subsystem/ 下的相对路径，例如：

char  # 表示该设备属于字符设备子系统

uevent 文件

作用：
该文件用于内核向用户空间发送 设备热插拔事件（uevent） 的相关信息。
当设备插入、移除或状态改变时，内核会通过此文件传递事件参数（如设备类型、属性变更等），供用户空间工具（如 udev）处理。
内容格式：
文件内容为一系列 键值对，描述事件的具体信息，常见字段包括：
ACTION：事件类型（如 add、remove、change）。
DEVPATH：设备在 /sys 中的路径。
SUBSYSTEM：设备所属子系统。
DEVNAME：设备节点名称（如 /dev/ttyUSB0）。
MAJOR/MINOR：设备号的主 / 次部分。
在这里插入图片描述

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