1、Linux字符设备驱动的基本结构
（1）cdev结构体
在Linux内核中，使用结构体cdev对字符设备进行描述，其定义如下图所示：
Linux内核提供了一组函数用于对cdev结构体的操作：
void cdev_init(struct cdev *, const struct file_operations *); struct cdev *cdev_alloc(void); void cdev_put(struct cdev *p); int cdev_add(struct cdev *, dev_t, unsigned); void cdev_del(struct cdev *);
1）cdev_init()函数
cdev_init()的作用用来初始化一个cdev结构体，函数的代码如下所示：
参数：
cdev：要初始化化的cdev结构体
fops：设备的file_operations结构体
返回值：
无
2）cdev_alloc()
cdev_alloc()的作用是用来动态分配一个cdev结构体，函数的代码如下所示：
参数：
无
返回值：
成功：返回cdev结构体的指针
失败：返回NULL
3）cdev_put()
cdev_put()函数的作用用来释放cdev，函数的代码如下所示：
参数：
p：cdev结构体指针
返回值：
无
4）cdev_add()
cdev_add()函数用于向系统添加一个cdev，完成字符设备的注册，函数的代码如下所示：
参数：
p：字符设备的cdev结构体指针
dev：此设备负责的第一个设备号
count：与此对应的次设备号的数量
返回值：
成功：返回0
失败：返回error号
5）cdev_del()
cdev_del()向系统删除一个cdev，用于完成字符设备的注销，函数的代码如下所示：
参数：
p：要在系统中移除的cdev结构体指针
返回值：
无
（2）分配和释放设备号
在使用cdev_add()向系统注册字符设备之前，需要先调用register_chrdev_region()或者alloc_chrdev_region()函数向系统申请设备号，在调用cdev_del()向系统注销字符设备之后，需要调用unregister_chrdev_region()释放原先申请的设备号。
1）register_chrdev_region()
该函数用于已知起始设备的设备号的情况，函数的原型如下所示：
参数：
from：所需设备编号范围内的第一个，必须包括主设备号
count：所需要的连续设备编号数量
name：设备或驱动程序的名称
返回值：
成功：返回0
失败：返回负的错误号
2）alloc_chrdev_region()
该函数用于向系统动态申请未被占用的设备号，能自动避开设备号重复的冲突，函数的原型如下：
参数：
dev：传出参数，传出第一个分配的设备号
baseminor：所需要的第一个次设备号
count：需要的次设备号的数量
name：设备或驱动的名称
返回值：
成功：返回0
失败：返回负的错误号
3）unregister_chrdev_region()
该函数用于释放掉原先申请的设备号，函数的原型如下所示：
参数：
from：需要释放的设备号范围的第一个
count：需要释放的设备号的数量
返回值：
无
（3）file_operations结构体描述
file_operations结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容，这些函数会在应用程序进行Linux的open、write、read、clsoe系统调用时，最终被内核进行调用，该结构体的成员函数如下所示。
常用成员指针函数简单介绍：
llseek()：用来修改一个文件的当前读写位置，并将新的位置进行返回，如果出错，则函数返回一个负值；
read()：用来从设备中读取数据，成功时返回读取到的字节数，出错时，则函数返回一个负值；
write()：用于向设备发送数据，成功时返回写入的字节数，若该函数未实行时，用户进行函数调用，将得到-EINVAL返回值；
unlocked_ioctl()：提供设备相关的控制命令的实现（不是读和写操作），调用成功时，返回给调用程序一个非负值，与应用程序调用fcntl和ioctl函数相对应；
mmap()：函数将设备内存映射到进程的虚拟地址空间中，当设备驱动未实现此函数时，用户进行调用将会得到-ENODEV返回值；
open()：用于打开驱动设备，若驱动程序中不实现此函数，则设备的打开操作永远成功；
release()：与open相反，用于关闭设备；
poll()：一般用于询问设备是否可被非阻塞地立即读写；
aio_read()：对文件描述符对应的设备进行异步读操作；
aio_write()：对文件描述符对应的设备进行异步写操作。
（4）Linux字符设备驱动的组成
在Linux中，字符设备驱动主要由下面几个部分组成，分别是驱动模块的加载函数、驱动模块的卸载函数，file_operations结构体中的成员函数指针实现。
1）字符设备驱动模块加载与卸载函数
在字符设备驱动模块的加载函数中要实现设备号的申请和cdev的注册，然而在字符设备驱动模块的卸载函数中，要实现cdev的注销以及设备号的释放，常见的设备结构体，模块加载和模块卸载函数如下图所示：
2）file_operations结构体中的成员函数
file_operations结构体的成员函数是字符设备驱动与内核虚拟文件系统的接口，是用户空间对Linux系统调用的最终落实者，常见的字符设备驱动的3个函数的形式如下所示：
在读设备驱动函数中，filp是文件结构体指针，buf是用户空间的内存地址，count是要读取的字节数，f_pos是读的位置相对于文件开头的漂移，设备驱动写函数的参数类似，用户空间的内存地址在内核中不能直接访问，copy_from_user()完成用户空间缓冲区到内核空间的复制，而copy_to_user完成内核空间到用户空间缓冲区的复制。
3）文件操作结构体
在字符设备驱动中，需要定义一个file_operations的实例，并将具体的设备驱动函数赋值给file_operations的成员，如下所示：
该file_operations结构体实例，通过cdev_init()函数与cdev进行连接。
下图为字符设备驱动的结构框图：
