4. 设备号注册与注销：动态分配与静态指定

字符设备驱动与内核交互的第一道门槛就是设备号。设备号是内核识别设备的唯一整数标识，由主设备号（Major）和次设备号（Minor）组成。主设备号对应驱动类型，次设备号对应同类型下的不同设备实例。内核提供了三种操作设备号的接口：动态分配、静态指定和注销。

4.1 设备号数据结构与宏

设备号在内核中使用 dev_t 类型（32位无符号整数）表示，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。内核提供了便捷的宏进行转换：

4.2 动态分配设备号：alloc_chrdev_region

动态分配是驱动开发中最推荐的方式。驱动无需关心主设备号是否冲突，内核会自动从空闲区域分配一个未使用的主设备号。函数原型如下：

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

典型用法：

dev_t dev_num;
int ret;

ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "my_char_dev");
if (ret < 0) {
    printk(KERN_ERR "Failed to allocate device number\n");
    return ret;
}
printk(KERN_INFO "Allocated major=%d, minor=%d\n",
       MAJOR(dev_num), MINOR(dev_num));

4.3 静态指定设备号：register_chrdev_region

当驱动需要固定主设备号时（例如与硬件手册或用户空间约定一致），使用静态指定。函数原型：

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

典型用法：

dev_t dev_num = MKDEV(240, 0);  // 指定主设备号240，起始次设备号0
int ret;

ret = register_chrdev_region(dev_num, 2, "my_fixed_dev");
if (ret < 0) {
    printk(KERN_ERR "Failed to register device number %d\n", ret);
    return ret;
}
// 成功注册了 240,0 和 240,1 两个设备号

4.4 注销设备号：unregister_chrdev_region

在驱动卸载时，必须释放之前申请的设备号，否则下次加载时可能分配失败。函数原型：

void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned int count);

典型用法：

// 在模块退出函数中
unregister_chrdev_region(dev_num, 1);  // 释放1个设备号

4.5 设备号生命周期流程

下图展示了从申请到注销的完整设备号生命周期：

4.6 三种接口对比总结

4.7 完整示例：动态分配 + 注销

以下是一个完整的字符设备驱动模板，展示设备号管理的标准流程：

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

static dev_t my_dev_num;
static struct class *my_class;
static struct device *my_device;

static int __init my_driver_init(void)
{
    int ret;

    // 1. 动态分配设备号：起始次设备号0，申请1个
    ret = alloc_chrdev_region(&my_dev_num, 0, 1, "my_driver");
    if (ret < 0) {
        pr_err("alloc_chrdev_region failed: %d\n", ret);
        return ret;
    }
    pr_info("Allocated major=%d minor=%d\n",
            MAJOR(my_dev_num), MINOR(my_dev_num));

    // 2. 创建设备类（用于自动生成设备节点）
    my_class = class_create(THIS_MODULE, "my_class");
    if (IS_ERR(my_class)) {
        unregister_chrdev_region(my_dev_num, 1);
        return PTR_ERR(my_class);
    }

    // 3. 创建设备节点 /dev/my_device
    my_device = device_create(my_class, NULL, my_dev_num,
                              NULL, "my_device");
    if (IS_ERR(my_device)) {
        class_destroy(my_class);
        unregister_chrdev_region(my_dev_num, 1);
        return PTR_ERR(my_device);
    }

    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    // 逆序释放：先销毁设备节点，再销毁类，最后注销设备号
    device_destroy(my_class, my_dev_num);
    class_destroy(my_class);
    unregister_chrdev_region(my_dev_num, 1);
    pr_info("Driver unloaded, device number released\n");
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Embedded Linux Expert");
MODULE_DESCRIPTION("Character device driver with dynamic dev number");

4.8 常见错误与避坑指南

• 忘记注销：驱动卸载时不调用 unregister_chrdev_region，下次加载时动态分配可能返回相同主设备号，但内核会报 device number already registered 警告。
• 注销参数不匹配：注册时 count=3，注销时 count=1，会导致剩余2个设备号泄漏，内核无法再分配给其他驱动。
• 静态指定冲突：使用 register_chrdev_region 时未检查 /proc/devices，导致 -EBUSY 错误。建议在模块参数中允许用户指定主设备号，并回退到动态分配。
• 主设备号溢出：手动指定主设备号大于 4095 时，MKDEV 会截断高20位，导致实际注册的设备号与预期不符。