主设备号与次设备号

beyes

字符设备通过文件系统上的 “名字” 进行访问。这些名字被称为特殊文件，或者是设备文件，还可以是文件系统树的简单结点。

设备文件通常都在 /dev 目录下。如：

beyes@linux-beyes:~/C/kernel/memory> ll /dev |more
总计 0
crw-rw----  1 root uucp    4,  70 04-14 18:16 ttyS6
crw-rw----  1 root uucp    4,  71 04-14 18:16 ttyS7
crw-rw----  1 root tty         7,   0 08-08 18:58 vcs
crw-rw----  1 root tty         7,   1 08-08 18:58 vcs1
crw-rw-rw-  1 root root    1,   7 08-08 18:58 full
crw-rw-rw-  1 root root    1,   3 04-14 18:16 null

如上，前面第一个字符为  c 的表示字符设备。
在字符设备里，有主设备号和次设备号。如上，1，4，7 分别是主设备号，0，1，3，7，70，71都是次设备号。

一般的，主设备号标识出与设备关联的设备驱动。如 /dev/null 和 /dev/full 由 1 号驱动来管理，/dev/vcs 由 7 号驱动来管理，/dev/ttyS6 由 4 号驱动来管理。

现在的 Linux 内核允许多个驱动共享一个主设备号，但更多的设备都遵循一个驱动对一个主设备号的原则。

内核由次设备号确定当前所指向的设备。根据所编写的驱动程序，可以从内核那里得到一个直接指向设备的指针，或者使用次设备号作为一个设备本地数组的索引。但不论如何，内核自身几乎不知道次设备号的什么事情。

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在内核中，dev_t  类型( 在 <linux/types.h> 头文件有定义 ) 用来持有设备号，包括主设备号和次设备号两部分。对于 2.6.x 内核，dev_t 是个 32 位量，其中 12 位用来表示主设备号，20 位用来表示次设备号。

在 linux/types.h 头文件里定义有：

typedef __kernel_dev_t          dev_t;

在 linux/posix_types.h 里定义有：

typedef int __kernel_key_t;

在自己编写的代码里，永远不要对这个设备号的组织形式做任何假设。因为，可以利用下面一组宏 ( 在 linux/kdev.h 中定义 )来获得主设备号和次设备号：

MAJOR (dev_t dev);
MINOR (dev_t dev);

在 <linux/kdev.h> 里可以看到：

#define MINORBITS       20
#define MINORMASK       ((1U << MINORBITS) - 1)

#define MAJOR(dev)      ((unsigned int) ((dev) >> MINORBITS))
#define MINOR(dev)      ((unsigned int) ((dev) & MINORMASK))

由此可见, 设备号 dev 中，高 12 位为主设备号，低 20 位为次设备号。

如果已经确定了主设备号和次设备号，那么可以使用以下宏把主设备号和次设备号转换为 dev_t 类型：

MKDEV(int major, int minor);

比如主设备号为 4，次设备号为 17，那么就 MKDEV(4, 17);

同样，MKDEV 宏在 <linux/kdev.h> 里有定义：

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

2.6 的内核可以容纳大量的设备，而以前版本的内核把主设备号和次设备号都限制为 255。

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在设置一个字符设备时，设备驱动第一件要做的事是要获取一个或者多个设备号。这项工作，由下面的函数来实现：

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

这个函数在 <linux/fs.h> 中有声明。
参数说明：

first : 要分配设备编号范围的初始值( 次设备号通常为 0 )。
count : 请求的连续设备编号范围(最大值)
name : 与编号相关联的设备名称( 这会出现 /proc/devices 和  sysfs 里 )

需要注意的是，count 如果过大，就会溢出到下一个主设备号上。如果分配成功，函数返回 0 ，如果失败，则返回一负值。

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1、区分设备驱动程序控制的实际设备；

2、区分不同用途的设备 (misc 系列设备)

3、区分块设备的分区 (partition)

通常，为了使应用程序区分所控制设备的类型，内核使用主设备号。而存在多台同类设备时，为了选择其中的一种，设备驱动程序就使用次设备号。

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区分块设备的分区

块设备具有称为分区的分配领域。例如，硬件在物理上一台设备，在内核的角度，硬件被分为多个分区，而以这些分区为对象则形成了文件系统，此时，次设备号既表示设备，也表示分区。

brw-rw----  1 root disk    8,  16 2009-09-24 sdb
brw-rw----  1 root disk    8,  17 2009-09-24 sdb1
brw-rw----  1 root disk    8,  18 2009-09-24 sdb2
brw-rw----  1 root disk    8,  21 2009-09-24 sdb5
brw-rw----  1 root disk    8,  22 2009-09-24 sdb6
brw-rw----  1 root disk    8,  23 2009-09-24 sdb7
brw-rw----  1 root disk    8,  24 2009-09-24 sdb8

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设备驱动程序的主设备号定义了设备提供的功能特性。相反，次设备号号可以定义功能特性，也可以用于区别设备控制的硬件。

设备文件是应用程序区分从内核调用设备驱动程序时，使用的主设备号和次设备号的信息文件。因此，应用程序打开设备文件时最先进行主设备相关的处理。应用程序打开设备文件后，内核就调用注册设备驱动程序时注册的 file_operations 结构体域的 open 域中定义的函数。由 open 函数运行与次设备号相关的 file_operations 的再处理操作。

利用次设备号，重新定义 file_operations 的常见例子为内核源代码中的 drivers/char/mem.c 。 该设备驱动程序的主设备号为 1 ，而次设备号决定设备驱动程序的特性。作为处理内存的设备驱动程序时，次设备号设置为 1 ，作为输入输出端口处理设备驱动程序时，次设备号设置为 4。

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设备驱动程序中由主设备号再定义 file_operations 的典型结构如下：

struct file operations minor0_fops = {
    
      /* 次设备号为 1 时，处理的 file_operations */

     ... ....

}

struct file operations minor1_fops = {
    
      /*次设备号为 2 时，处理的 file_operations  */

     ... ....

}

int minor_open (struct inode *inode, struct file *filp)
{
             switch (MINOR (inode->i_rdev)) {
                          case 1:  
                                filp->f_op = &minor0_fops;
                                break;
                        
                           case 2:
                                 filp->f_op = &minor1_fops;
                                 break;

                           ... ...

                            default:
                                 return -ENXIO;
              }

                  if (filp->f_op && filp->f_op->open)
                          return filp->f_op->open (inode, filp);   /* 运行与实际次设备号相匹配的 open() 函数 */

                return 0;
}

struct file_operations master_fops = {
          .open = minor_open,
};


int xxx_init (void)
{
           int result;

           result = register_chrdev (MINOR_DEV_MAJOR, MINOR_DEV_NAME, &master_fops);
}

设备驱动程序的初始化函数中只有 open() 函数注册了 file_operations 。 该 file_operations ，即 open() 函数只在打开设备文件时使用。

初始化模块时，无法得知次设备号，只有在打开设备文件时，才能传送到设备驱动程序上，并由 open() 函数处理次设备号。在上面的 minor_open() 里，利用 MINOR 宏函数获取传送到 open() 函数上的次设备号后，使用可处理次设备号相关信息的 file_operations 结构体代替。

switch (MINOR (inode->i_rdev)) {                           case 1:                                   filp->f_op = &minor0_fops;                                 break;                                                     case 2:                                  filp->f_op = &minor1_fops;                                  break;                            ... ...                             default:                                  return -ENXIO;               }

如上，通常在 filp->f_op 上代入次设备号相关的 file_operations 结构体地址。

应用程序打开设备文件后，通常代入 file->f_op 域上指定的 master_fops 的地址 (register_chrdev) ，此时只有打开次设备号相应设备文件的应用程序受到影响。

由于 file_operations 结构体也有可能没有定义 open() 函数域，因此先检查 open() 函数域是否正常，如：

     if (filp->f_op && filp->f_op->open)
                          return filp->f_op->open (inode, filp);

相关实例：http://www.groad.net/bbs/read.php?tid-1207.html