4. 设备号管理：主设备号与次设备号，静态分配与动态分配，alloc_chrdev_region

在 Linux 字符设备驱动中，设备号是内核与用户空间识别设备实例的唯一标识。设备号由 主设备号（Major Number） 和 次设备号（Minor Number） 两部分组成，内核通过 dev_t 类型（32 位）管理：高 12 位为主设备号，低 20 位为次设备号。

4.1 主设备号与次设备号

4.2 静态分配 vs 动态分配

设备号的分配策略直接影响驱动的可移植性与维护成本。以下从多个维度对比两种方式：

4.3 alloc_chrdev_region 动态分配流程

动态分配是 HAL 驱动移植中的首选方案。内核提供 alloc_chrdev_region() 函数，自动从未使用的主设备号中分配一个空闲值，并返回完整的 dev_t 设备号。

#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>

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

4.4 动态分配完整代码模板

以下代码展示在 HAL 驱动 probe 函数中使用 alloc_chrdev_region 的典型模式：

static int hal_driver_probe(struct platform_device *pdev)
{
    dev_t dev_num;
    int ret;

    /* 1. 动态分配设备号：起始次设备号 0，分配 2 个设备节点 */
    ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 2, "hal_i2c");
    if (ret < 0) {
        dev_err(&pdev->dev, "alloc_chrdev_region failed: %d\n", ret);
        return ret;
    }

    /* 2. 提取主设备号并保存到私有数据结构 */
    pdata->major = MAJOR(dev_num);
    pdata->minor_base = MINOR(dev_num);

    /* 3. 初始化 cdev 并添加到内核 */
    cdev_init(&pdata->cdev, &hal_i2c_fops);
    pdata->cdev.owner = THIS_MODULE;
    ret = cdev_add(&pdata->cdev, dev_num, 2);
    if (ret) {
        unregister_chrdev_region(dev_num, 2);
        return ret;
    }

    /* 4. 创建设备类与设备节点（配合 udev/mdev） */
    pdata->class = class_create(THIS_MODULE, "hal_i2c_class");
    device_create(pdata->class, NULL, dev_num, NULL, "hal_i2c_%d", 0);

    dev_info(&pdev->dev, "HAL I2C driver loaded: major=%d\n", pdata->major);
    return 0;
}

4.5 设备号分配流程 SVG 架构图

4.6 设备号释放与错误处理

在驱动卸载或 probe 失败时，必须释放已分配的设备号，否则会造成资源泄漏。使用 unregister_chrdev_region() 函数：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned int count);

典型错误处理路径：

• cdev_add 失败：先调用 unregister_chrdev_region 释放设备号，再返回错误码。
• device_create 失败：需依次销毁已创建的 device、class，最后释放设备号。
• 模块卸载：先 cdev_del，再 device_destroy + class_destroy，最后 unregister_chrdev_region。

4.7 本章小结