什么是字符设备驱动程序？
在Linux操作系统中，字符设备驱动程序用于管理和控制计算机系统中的字符设备。字符设备是指以字符为单位进行读写的设备，例如终端、打印机、串口等，相较于块设备（如硬盘），其读写速度较慢。字符设备驱动程序是用来管理这些字符设备的驱动程序，直接与内核交互。
字符设备驱动程序的框架图解
字符设备驱动程序的框架通常由以下四部分组成：设备结构体（struct cdev）、文件结构体（struct file_operations）、设备号和字符设备驱动程序的主函数。设备结构体管理驱动程序中的设备，并包含设备的状态信息，一般使用cdev结构体。文件结构体管理文件的读写操作，并提供了用于控制设备的接口，同时也包含驱动程序中函数的指针，一般使用file_operations结构体。设备号是一个唯一的标识符，用于区分设备。主函数包含了设备的初始化、注销、打开、关闭、读写操作等函数，是驱动程序最重要的部分。
字符设备驱动程序的工作流程
当用户应用程序需要使用设备时，会通过打开设备文件（如/dev/ttyS0）来触发该设备的驱动程序。此时，内核会调用驱动程序的open函数，来打开设备。驱动程序会在open函数中进行设备的初始化和验证，并分配一块存储区域来处理用户请求。当用户进行读写操作时，将导致内核调用驱动程序中的read或者write函数。这时，驱动程序先执行一系列的检查操作，确保用户操作合法，并将操作转换成设备驱动程序可以处理的形式，也就是将数据从内核态（kernel space）传输到用户态（user space）或反过来。当设备不再需要使用时，用户关闭设备并触发驱动程序的close函数。在close函数中，驱动程序进行资源释放和设备的注销操作，其中涉及的工作包括程序执行完善的清理操作，回收分配的资源等。
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