linux字符設備放在“/dev”目錄中。字符設備是指只能一個字節一個字節進行讀寫操作的設備，一般每個字符設備或者塊設備都會在“/dev”目錄下對應一個設備文件，并且每個設備文件都必須有主/次設備號，主設備號相同的設備是同類設備，使用同一個驅動程序。
本教程操作環境：linux7.3系統、Dell G3電腦。
1、Linux設備驅動分類
Linux系統將設備分為三個類：字符設備、塊設備、網絡設備，在這三大類中，字符設備相對比較簡單，應用程序通過字符設備文件來訪問字符設備，本講主要介紹字符設備，如果對塊設備和網絡設備感興趣的話，可以參看相關資料，并對其進行深入了解。
2、什么是字符設備？
字符設備是指只能一個字節一個字節進行讀寫操作的設備，不能隨機讀取設備中的某一數據、讀取數據要按照先后順序。字符設備是面向流的設備，常見的字符設備有鼠標、鍵盤、串口、控制臺和LED等。
一般每個字符設備或者塊設備都會在/dev目錄下對應一個設備文件，并且每個設備文件都必須有主/次設備號，主設備號相同的設備是同類設備，使用同一個驅動程序。
Linux用戶層程序通過設備文件來使用驅動程序操作字符設備或塊設備。
可以通過
cat /proc/devices
命令查看當前已經加載的設備驅動程序的主設備號。
通過在/dev目錄下執行命令
ls?-l
可以看到所有設備文件的主設備號和次設備號：
對常見設備文件作如下說明：
/dev/hd[a-t]：IDE設備 /dev/sd[a-z]：SCSI設備 /dev/fd[0-7]：標準軟驅 /dev/md[0-31]：軟raid設備 /dev/loop[0-7]：本地回環設備 /dev/mem：內存 /dev/null：無限數據接收設備,相當于黑洞 /dev/zero：無限零資源 /dev/tty[0-63]：虛擬終端 /dev/ttyS[0-3]：串口 /dev/lp[0-3]：并口 /dev/console：控制臺 /dev/fb[0-31]：framebuffer /dev/cdrom?=>?/dev/hdc /dev/modem?=>?/dev/ttyS[0-9] /dev/pilot?=>?/dev/ttyS[0-9]
3、如何建立設備文件？
建立設備文件有兩種方式，一是通過系統調用mknod()，編程中調用該函數可以建立一個新的設備文件名，另外一種就是通過mknod命令，命令的第一個參數為設備文件名，第二個參數為設備類型，比如c表示字符設備，第三、四個參數為設備文件的主設備號和次設備號，比如231和0。主設備號和次設備號合起來唯一的確定一個設備，同一個設備不同類型的主設備號是一樣的，次設備號不同，比如一個硬盤的多個分區就有不同的次設備號，通過主設備號就可以把設備文件與驅動程序關聯起來。
mknod filename type major minor
- filename：要創建的設備文件名；
- type：設備類型，c代表一個字符設備，b代表一個塊設備；
- major：主設備號；
- minor：次設備號；
4、如何描述字符設備？
Linux內核中抽象出Struct cdev結構體來表示一個字符設備，cdev 定義于
struct?cdev?{ ????????struct?kobject?kobj;???//??內嵌內核對象 ????????struct?module?*owner;??//該字符設備所在的內核模塊 ????????const?struct?file_operations?*ops;?//文件操作結構體 ????????struct?list_head?list;??//已注冊字符設備鏈表 ????????dev_t?dev;?//由主、次設備號構成的設備號 ????????unsigned?int?count;//同一主設備號的次設備號的個數 };
Linux使用file_operations結構訪問驅動程序的函數，這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統調用。
struct?file_operations?{ ???????struct?module?*owner; ???????loff_t?(*llseek)?(struct?file?*,?loff_t,?int); ???????ssize_t?(*read)?(struct?file?*,?char?*,?size_t,?loff_t?*); ???????ssize_t?(*write)?(struct?file?*,?const?char?*,?size_t,?loff_t?*); ???????int?(*readdir)?(struct?file?*,?void?*,?filldir_t); ???????unsigned?int?(*poll)?(struct?file?*,?struct?poll_table_struct?*); ???????int?(*ioctl)?(struct?inode?*,?struct?file?*,?unsigned?int,?unsigned?long); ???????int?(*mmap)?(struct?file?*,?struct?vm_area_struct?*); ???????int?(*open)?(struct?inode?*,?struct?file?*); ???????int?(*flush)?(struct?file?*); ???????int?(*release)?(struct?inode?*,?struct?file?*); ???????int?(*fsync)?(struct?file?*,?struct?dentry?*,?int?datasync); ???????int?(*fasync)?(int,?struct?file?*,?int); ???????int?(*lock)?(struct?file?*,?int,?struct?file_lock?*); ???????ssize_t?(*readv)?(struct?file?*,?const?struct?iovec?*,?unsigned?long,loff_t?*); ???????ssize_t?(*writev)?(struct?file?*,?const?struct?iovec?*,?unsigned?long,????loff_t?*); ????};
用戶進程利用在對設備文件進行諸如read，write操作的時候，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然后讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數，這是Linux的設備驅動程序工作的基本原理。
5、字符設備與文件系統的接口
如圖，在Linux內核中，最左邊， 使用cdev結構體來描述字符設備;通過其成員dev_t來定義設備號（分為主、次設備號）以確定字符設備的唯一性;通過其成員file_operations來定義字符設備驅動提供給虛擬文件系統VFS的接口函數，如常見的open()、read()、write()等，這些函數真正的操作硬件設備。
在上一個圖的基礎上我們看這個圖，字符設備驅動程序是以內核模塊的形式加載到內核中的，首先模塊加載函數按靜態或者動態方式獲取設備號；然后字符設備初始化函數建立cdev與 file_operations之間的連接， 通過注冊函數向系統添加一個cdev以完成注冊; 模塊卸載時與加載對應，要注銷cdev，并釋放設備號。
在用戶程序中，可以通過系統調用open(), read(), write()等調用驅動程序在內核中所實現的這些函數。這樣用戶態到內核驅動之間的通路就打通了。
6、編寫簡單的字符設備驅動程序
如圖，編寫字符設備驅動分為三大步驟：
- 驅動的初始化，其中又分為四個步驟，調用相關的函數達到。
- 實現設備的操作，具體的操作取決于你自己所要實現的功能，這里只列出了基本的操作
- 驅動的注銷，注銷就是釋放資源。
其中調用的接口函數功能如下：
第1個函數是分配函數，動態申請cdev的內存，給該結構分配內存空間。
第2個函數是初始化函數，初始化cdev的成員，并建立cdev和file_operations之間關聯.
第3個函數注冊cdev設備對象，也就是把字符設備添加到字符設備表中，就像大家入學時進行注冊一樣。
第4個函數是注銷驅動程序調用，將cdev對象從系統中刪除。
第5個函數釋放cdev數據結構所占的內存。
一個字符設備或塊設備都有一個主設備號和一個次設備號。主設備號用來標識與設備文件相連的驅動程序，用來反映設備類型。次設備號被驅動程序用來辨別操作的是哪個設備，用來區分同類型的設備。注冊時申請設備號，注銷時釋放設備號，就像大家入學是有一個學號，畢業離開時就釋放掉這個學號。
當我們在用戶程序中調用read（）函數時，陷入內核空間，實際上要通過內核的copy_to_user()函數把內核空間緩沖區中的數據拷貝到用戶空間的緩沖區，反之，當我們調用write（)函數時，內核通過調用copy_from_user()函數把用戶空間的數據拷貝到內核緩沖區。
