📚 课程目录第2章设备节点基础

2. 设备节点基础：Linux 设备文件系统与节点创建机制

在 Linux 系统中，设备节点是用户空间与内核驱动交互的“门把手”。理解设备文件系统（devfs/sysfs）、主次设备号以及节点创建机制，是掌握 HAL 层驱动开发的第一步。本章将系统梳理这些基础概念，并通过结构图与表格帮助建立清晰的认知模型。

Linux 通过虚拟文件系统将内核中的设备信息暴露给用户空间。历史上先后出现了 devfs 和 sysfs 两种主要机制，它们的设计理念与用途有显著差异。

实践要点： 在 HAL 层开发中，/sys 用于发现设备拓扑和读取属性（如设备号、供应商 ID），而 /dev 下的节点才是实际进行数据读写的入口。两者协同工作，缺一不可。

每个设备节点在 Linux 内核中由一对整数唯一标识：主设备号（Major Number） 和 次设备号（Minor Number）。它们是驱动与设备节点绑定的核心纽带。

主设备号： 标识设备对应的驱动程序。内核通过主设备号在全局设备表（chrdevs / blkdevs）中找到对应的 file_operations 结构体。
次设备号： 由驱动内部解释，通常用于区分同一驱动控制下的多个物理或逻辑设备（如多个串口、多个分区）。

  关键理解： 主设备号是“驱动索引”，次设备号是“设备实例索引”。一个驱动可以管理多个次设备，但一个次设备只能属于一个主设备号。

概念	范围（典型）	分配方式	查看命令
主设备号	1 ~ 511（字符设备）	静态分配（Documentation/devices.txt）或动态分配（alloc_chrdev_region）	`cat /proc/devices`
次设备号	0 ~ 1048575（20 位）	驱动开发者自定义，通常从 0 开始顺序编号	`ls -l /dev`（显示主,次）

设备节点本质上是存储在磁盘上的一个特殊文件，包含设备类型（字符/块）、主设备号和次设备号。创建节点有两种典型方式：手动创建（mknod）和自动创建（udev）。

mknod 是最原始的设备节点创建工具，在嵌入式系统早期或 initramfs 环境中仍会使用。其语法为：

mknod /dev/mydevice [c|b] major minor

注意： 手动 mknod 要求开发者预先知道主次设备号，且节点不会随设备热插拔自动消失。在动态设备越来越多的今天，这种方式已不推荐用于产品环境。

udev 是 Linux 用户空间设备管理器，它监听内核通过 uevent 发送的设备事件，并根据规则自动在 /dev 下创建或删除设备节点。udev 的工作流程如下：

内核事件触发： 驱动注册设备时，内核通过 kobject_uevent() 发送 ADD 事件。
udev 守护进程接收： udevd 通过 netlink socket 接收 uevent。
规则匹配： udev 根据 /etc/udev/rules.d/ 下的规则文件匹配设备属性（如 vendor、product、kernel 名称）。
节点创建： 匹配成功后，udev 调用 mknod 创建节点，并可执行自定义脚本（如设置权限、创建符号链接）。

在 HAL 层开发中，设备节点的访问权限直接决定了用户空间程序能否成功打开设备。权限控制分为三个层面：

HAL 层实践建议： 在嵌入式系统中，通常通过 udev 规则将设备节点权限设置为 0660，并将 HAL 守护进程加入对应的用户组（如 dialout、gpio），避免使用 0777 权限带来的安全风险。