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linux系统中misc子系统
misc子系统
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光源器件与系统研究所
个人学习总结
1、在linux系统中什么是misc？
在研究摄像头驱动的时候，发现摄像头驱动的路径为：/driver/misc/jz_cim/文件目录下，经过查找结果如下：
杂项设备（misc device）
杂项设备也是嵌入式系统中用得比较多的一种设备驱动。在 Linux 内核的include/linux目录下有miscdevice.h文件，要把自己定义的misc device从设备定义在这里。其实是因为这些字符设备不符合预先确定的字符设备范畴，所有这些设备采用主编号10 ，一起归于misc device，其实misc_register就是用主标号10调用register_chrdev()的，只不过misc是将一些字符设备存放在misc类中。换句话说，misc设备其实也就是特殊的字符设备。
2、linux内核杂项设备驱动源码分析
在Linux驱动中把无法归类的五花八门的设备定义为混杂设备(用miscdevice结构体表述)。miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(即10)，但次设备号不同。所有的miscdevice设备形成了一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。在内核中用struct miscdevice表示miscdevice设备，然后调用其file_operations结构中注册的文件操作接口进行操作。miscdevice的API实现在drivers/char/misc.c中，misc设备的初始化，注册，注销都在这个文件中。在内核中，misc杂项设备驱动接口是对一些字符设备的简单封装，他们共享一个主设备号，有不同的次设备号，共享一个open调用，其他的操作函数在打开后运用linux驱动程序的方法重载进行装载。
我们首先先来看misc设备的结构体的描述：
代码位于：android-4.1/kernel/include/linux/miscdevice.h，该文件中还有所有misc设备的次设备号的宏定义。
struct miscdevice {
intminor; //次设备号
const char*name; //设备的名称
const structfile_operations *fops; //文件操作
structlist_head list; //misc_list的链表头
struct device*parent; //父设备(Linux设备模型中的东东了，哈哈)
struct device*this_device; //当前设备，是device_create的返回值，下边会看到
constchar *nodename;
mode_tmode;
}; 这个结构体是misc设备基本的结构体，在注册misc设备的时候必须要声明并初始化一个这样的结构体，但其中一般只需填充name minor fops字段就可以了。下面就是led驱动程序中初始化miscdevice的代码：
static struct miscdevice misc = {
.minor =MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name =DEVICE_NAME,
.fops =&dev_fops,
}; 一般的时候在fops不用实现open方法，因为最初的方法misc_ops包含了open方法。其中minor如果填充MISC_DYNAMIC_MINOR，则是动态次设备号，次设备号由misc_register动态分配的。
然后来看看misc子系统的初始化函数：
static int __init misc_init(void)
{
int err;
#ifdef CONFIG_PROC_FS
proc_create("misc", 0, NULL,&misc_proc_fops); /*创建一个proc入口项*/
#endif
misc_class =class_create(THIS_MODULE, "misc"); /*在/sys/class/目录下创建一个名为misc的类*/
err = PTR_ERR(misc_class);
if(IS_ERR(misc_class))
gotofail_remove;
err =-EIO;
/*注册设备，其中设备的主设备号为MISC_MAJOR，为10。设备名为misc，misc_fops是操作函数的集合*/
if(register_chrdev(MISC_MAJOR,"misc",&misc_fops))
gotofail_printk;
misc_class->devnode= misc_devnode;
return0;
fail_printk:
printk("unable to get major %d for misc devices/n",MISC_MAJOR);
class_destroy(misc_class);
fail_remove:
remove_proc_entry("misc", NULL);
returnerr;
}
subsys_initcall(misc_init); /*misc作为一个子系统被注册到linux内核中*/ 可以看出，这个初始化函数，最主要的功能就是注册字符设备 ，所用的注册接口是2.4内核的register_chrdev。它注册了主设备号为MISC_MAJOR，次设备号为0-255的256个设备。并且创建了一个misc类。
下边是register_chrdev函数的实现：
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,const struct file_operations *fops)
{
structchar_device_struct *cd;
struct cdev*cdev;
char *s;
int err =-ENOMEM;
/*主设备号是10，次设备号为从0开始，分配256个设备*/
cd =__register_chrdev_region(major, 0, 256, name);
if(IS_ERR(cd))
returnPTR_ERR(cd);
/*分配字符设备*/
cdev =cdev_alloc();
if(!cdev)
gotoout2;
cdev->owner = fops->owner;
cdev->ops= fops;
/*Linux设备模型中的,设置kobject的名字*/
kobject_set_name(&cdev->kobj, "%s", name);
for (s =strchr(kobject_name(&cdev->kobj),'/'); s; s = strchr(s, '/'))
*s ='!';
/*把这个字符设备注册到系统中*/
err =cdev_add(cdev, MKDEV(cd->major, 0), 256);
if (err)
gotoout;
cd->cdev =cdev;
return major? 0 : cd->major;
out:
kobject_put(&cdev->kobj);
out2:
kfree(__unregister_chrdev_region(cd->major, 0, 256));
returnerr;
}
来看看这个设备的操作函数的集合：
static const struct file_operations misc_fops = {
.owner =THIS_MODULE,
.open = misc_open,
}; 可以看到这里只有一个打开函数，用户打开miscdevice设备是通过主设备号对应的打开函数，在这个函数中找到次设备号对应的相应的具体设备的open函数。它的实现如下：
static int misc_open(struct inode * inode,struct file * file)
{
intminor = iminor(inode);
structmiscdevice *c;
interr = -ENODEV;
const struct file_operations *old_fops, *new_fops = NULL;
lock_kernel();
mutex_lock(&misc_mtx);
/*找到次设备号对应的操作函数集合，让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
if (c->minor == minor) {
new_fops = fops_get(c->fops);
break;
}
}
if(!new_fops) {
mutex_unlock(&misc_mtx);
/*如果没有找到，则请求加载这个次设备号对应的模块*/
request_module("char-major-%d-%d", MISC_MAJOR, minor);
mutex_lock(&misc_mtx);
/*重新遍历misc_list链表，如果没有找到就退出，否则让new_fops指向这个具体设备的操作函数集合*/
list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
if (c->minor == minor) {
new_fops =fops_get(c->fops);
break;
}
}
if (!new_fops)
goto fail;
}
err= 0;
/*保存旧打开函数的地址*/
old_fops = file->f_op;
/*让主设备号的操作函数集合指针指向具体设备的操作函数集合*/
file->f_op = new_fops;
if(file->f_op->open) {
/*使用具体设备的打开函数打开设备*/
err=file->f_op->open(inode,file);
if (err) {
fops_put(file->f_op);
file->f_op = fops_get(old_fops);
}
}
fops_put(old_fops);
fail:
mutex_unlock(&misc_mtx);
unlock_kernel();
return err;
} 再来看看misc子系统对外提供的两个重要的API,misc_register,misc_deregister：
misc_register()函数在misc.c中，最主要的功能是基于misc_class构造一个设备，将miscdevice结构挂载到misc_list列表上，并初始化与linux设备模型相关的结构，它的参数是miscdevice结构体。
int misc_register(struct miscdevice *misc)
{
struct miscdevice *c;
dev_t dev;
interr = 0;
INIT_LIST_HEAD(&misc->list); //链表项使用时必须初始化
mutex_lock(&misc_mtx);
/*遍历misc_list链表，看这个次设备号以前有没有被用过，如果次设备号已被占有则退出*/
list_for_each_entry(c, &misc_list, list) {
if (c->minor == misc->minor) {
mutex_unlock(&misc_mtx);
return -EBUSY;
}
}
/*看是否是需要动态分配次设备号*/
if(misc->minor == MISC_DYNAMIC_MINOR) {
/*
*#define DYNAMIC_MINORS 64 /* like dynamic majors */
*static unsigned char misc_minors[DYNAMIC_MINORS / 8];
*这里存在一个次设备号的位图，一共64位。下边是遍历每一位，
*如果这位为0，表示没有被占有，可以使用，为1表示被占用。
*/
int i = DYNAMIC_MINORS;
while (--i >= 0)
if ( (misc_minors[i>>3] & (1 << (i&7))) == 0)
break;
if (i<0) {
mutex_unlock(&misc_mtx);
return -EBUSY;
}
/*得到这个次设备号*/
misc->minor = i;
}
/*设置位图中相应位为1*/
if(misc->minor < DYNAMIC_MINORS)
misc_minors[misc->minor >> 3] |= 1 << (misc->minor& 7);
/*计算出设备号*/
dev= MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor);
/*在/dev下创建设备节点，这就是有些驱动程序没有显式调用device_create，却出现了设备节点的原因*/
misc->this_device = device_create(misc_class, misc->parent, dev,NULL,
"%s",misc->name);
if(IS_ERR(misc->this_device)) {
err = PTR_ERR(misc->this_device);
goto out;
}
/*
*Add it to the front, so that later devices can "override"
*earlier defaults
*/
/*将这个miscdevice添加到misc_list链表中*/
list_add(&misc->list, &misc_list);
out:
mutex_unlock(&misc_mtx);
return err;
} 可以看出，这个函数首先遍历misc_list链表，查找所用的次设备号是否已经被注册，防止冲突。如果是动态次设备号则分配一个，然后调用MKDEV生成设备号,从这里可以看出所有的misc设备共享一个主设备号MISC_MAJOR，然后调用device_create，生成设备文件。最后加入到misc_list链表中。
关于device_create，class_create 作用： class_create函数在misc.c中的模块初始化中被调用，现在一起说一下。这两个函数看起来很陌生，没有在ldd3中发现过，看源代码的时候发现class_create会调用底层组件__class_regsiter()是说明它是注册一个类。而device_create是创建一个设备，他是创建设备的便捷实现调用了device_register函数。他们都提供给linux设备模型使用，从linux内核2.6的某个版本之后，devfs不复存在，udev成为devfs的替代。相比devfs，udev有很多优势。
struct class *myclass =class_create(THIS_MODULE, “my_device_driver”);
class_device_create(myclass, NULL,MKDEV(major_num, 0), NULL, “my_device”);
这样就创建了一个类和设备，模块被加载时，udev daemon就会自动在/dev下创建my_device设备文件节点。这样就省去了自己创建设备文件的麻烦。这样也有助于动态设备的管理.
这个是miscdevice的卸载函数：
int misc_deregister(struct miscdevice*misc)
{
inti = misc->minor;
if(list_empty(&misc->list))
return -EINVAL;
mutex_lock(&misc_mtx);
/*在misc_list链表中删除miscdevice设备*/
list_del(&misc->list);
/*删除设备节点*/
device_destroy(misc_class, MKDEV(MISC_MAJOR, misc->minor));
if(i < DYNAMIC_MINORS && i>0) {
/*释放位图相应位*/
misc_minors[i>>3] &= ~(1 << (misc->minor &7));
}
mutex_unlock(&misc_mtx);
return 0;
} 总结一下miscdevice驱动的注册和卸载流程：
misc_register:匹配次设备号->找到一个没有占用的次设备号(如果需要动态分配的话)->计算设备号->创建设备文件->miscdevice结构体添加到misc_list链表中。
misc_deregister:从mist_list中删除miscdevice->删除设备文件->位图位清零。
总结：
杂项设备作为字符设备的封装，为字符设备提供的简单的编程接口，如果编写新的字符驱动，可以考虑使用杂项设备接口，方便简单，只需要初始化一个miscdevice的结构，调用misc_register就可以了。系统最多有255个杂项设备，因为杂项设备模块自己占用了一个次设备号
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