设备号管理：主设备号与次设备号

设备号，说白了就是内核用来识别字符设备的“身份证”。每个字符设备在内核里都有一个唯一的编号，这个编号由两部分组成：主设备号和次设备号。

主设备号用来标识设备对应的驱动程序。比如，系统中所有的串口设备可能共享同一个主设备号，因为它们都由同一个驱动来管理。次设备号则用来区分同一个驱动下的不同设备实例。举个例子，你插了两个USB转串口设备，它们的主设备号相同，但次设备号不同——一个可能是0，另一个是1。

我个人习惯把主设备号想象成“部门编号”，次设备号就是“员工工号”。部门决定了谁来处理你的请求，工号则决定了具体是哪个设备在响应。

设备号的内部表示

在内核中，设备号用dev_t类型来表示。这是一个32位的无符号整数，其中高12位是主设备号，低20位是次设备号。嗯，这里要注意：主设备号的范围是0到4095，次设备号的范围是0到1048575。

内核提供了几个宏来操作设备号：

#include <linux/types.h>

MAJOR(dev_t dev);  // 从dev_t中提取主设备号
MINOR(dev_t dev);  // 从dev_t中提取次设备号
MKDEV(int major, int minor);  // 将主次设备号组合成dev_t

我在项目中遇到过不少新手直接拿dev_t当整数用，结果移植到不同架构时出了问题。记住，永远用这些宏来操作设备号，别自己搞位运算。

静态分配设备号

静态分配，就是你自己指定一个主设备号，然后告诉内核：“我就用这个号了，你给我注册上。” 内核会检查这个号是否已经被占用，如果空闲就分配给你。

使用的函数是register_chrdev_region：

#include <linux/fs.h>

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

• first：你要分配的第一个设备号（主设备号和起始次设备号）
• count：连续设备号的数量
• name：设备名称（会在/proc/devices中显示）

举个例子：

dev_t dev = MKDEV(240, 0);
int ret = register_chrdev_region(dev, 4, "my_device");
if (ret < 0) {
    printk(KERN_ERR "设备号注册失败\n");
    return ret;
}

这段代码会尝试注册主设备号240，次设备号从0到3的4个设备。

静态分配适合什么场景？我个人觉得，只有在你确定某个主设备号永远不会被其他驱动使用时，才考虑它。比如一些 legacy 设备或者硬件厂商指定的专用设备号。

动态分配设备号

动态分配就省心多了。你告诉内核：“给我几个设备号，具体用哪个号你看着办。” 内核会从空闲的设备号中挑一个给你。

使用的函数是alloc_chrdev_region：

#include <linux/fs.h>

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int baseminor, unsigned int count, const char *name);

• dev：输出参数，分配到的设备号会写到这里
• baseminor：起始次设备号
• count：连续设备号的数量
• name：设备名称

看个例子：

dev_t dev;
int ret = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 2, "my_device");
if (ret < 0) {
    printk(KERN_ERR "动态分配设备号失败\n");
    return ret;
}
printk(KERN_INFO "分配到的设备号: major=%d, minor=%d\n", 
       MAJOR(dev), MINOR(dev));

这段代码让内核分配2个连续的设备号，起始次设备号为0。分配成功后，dev里就存着第一个设备号。

设备号的释放

不管你是静态分配还是动态分配，在驱动卸载时都必须释放设备号。用的函数是unregister_chrdev_region：

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);

参数跟注册时一样：起始设备号和数量。记得在模块退出函数里调用它：

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    unregister_chrdev_region(dev, 2);
    // 其他清理工作...
}

查看已分配的设备号

想知道系统里哪些设备号已经被占用了？两个方法：

1. 查看/proc/devices：这个文件列出了所有已注册的字符设备和块设备的主设备号及名称。
2. 查看/proc/device-tree：如果你用的是设备树，这里也能看到设备信息。

我个人习惯在调试时先cat /proc/devices看一眼，确认自己的设备号有没有冲突。

知识体系图

下面这张图帮你理清设备号管理的整体脉络：

总结

设备号管理其实就三件事：分配、使用、释放。分配有两种方式，我建议你无脑选动态分配。释放千万别忘，否则下次加载驱动时会哭的。

嗯，这里再啰嗦一句：设备号只是字符设备驱动的第一步。你拿到了设备号，还得把它跟具体的文件操作函数绑定起来，才能让用户空间的程序真正用上你的设备。这部分内容，我们后面会详细讲。

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