Escribir un controlador pseudo de carácter para Linux Writing Pseudo Linux Character Device Driver: en este artículo explicamos de forma clara y práctica qué es un controlador de dispositivo en Linux y cómo implementar un controlador de carácter pseudo para aprendizaje y pruebas.
En Linux los controladores se dividen en tres categorías principales: dispositivos de carácter que manejan flujos de datos tipo carácter como teclados, ratones o altavoces; dispositivos de bloque que procesan datos en bloques como SSD, discos duros o eMMC; y dispositivos de red especializados en hardware de red como tarjetas wifi que manejan paquetes. En este texto nos centramos en los controladores de carácter.
Un driver de dispositivo es básicamente un programa que controla hardware real. Los controladores de Linux no usan las cabeceras de GLIBC sino las cabeceras del kernel de Linux porque se cargan durante el arranque y antes de que los procesos de espacio de usuario estén disponibles. Por eso no se puede usar GLIBC dentro del código del driver.
Antes de implementar el núcleo funcional del driver hay que añadir metadatos como licencia, autor y descripción mediante las macros MODULE_LICENSE MODULE_AUTHOR MODULE_DESCRIPTION. Además existen estructuras específicas para los controladores de carácter que conviene conocer como struct cdev struct file_operations struct class struct device.
Mientras que en un programa normal la función main es el punto de entrada, en un módulo del kernel definimos funciones de inicialización y limpieza que deben registrarse con module_init y module_exit. Las macros __init y __exit se usan para marcar esas funciones. Por ejemplo una declaración típica en el código puede verse así #define __init __section(.init.text) __cold __latent_entropy __noinitretpoline y #define __exit __section(.exit.text) __exitused __cold notrace Estas macros y atributos controlan en qué sección se coloca el código y optimizaciones del kernel.
Un controlador de carácter debe implementar operaciones de espacio de usuario equivalentes a las funciones estándar de archivos como open close read write lseek etc. Estas operaciones se agrupan en la estructura struct file_operations y se enlazan con un struct cdev que se registra en el VFS para que el dispositivo sea accesible desde /dev.
Pasos comunes en la función de inicialización init son: asignar dinámicamente un número de dispositivo con alloc_chrdev_region inicializar la estructura cdev con cdev_init y las file_operations registrar el cdev con cdev_add crear una clase con class_create para que aparezca en sysfs y crear el dispositivo con device_create para que se genere el nodo en /dev. En la función de salida exit hay que deshacer esos pasos en orden inverso: device_destroy class_destroy cdev_del unregister_chrdev_region.
Al compilar un módulo de kernel se debe usar el sistema de construcción del kernel mediante el Makefile adecuado y las herramientas del kernel. No se compila como una aplicación de espacio de usuario normal.
Para aprender con un ejemplo práctico se puede revisar el proyecto pseudo en GitHub https://github.com/CanGulmez/Linux-Drivers/tree/main/pseudo que contiene un controlador de carácter pseudo sencillo que muestra la estructura típica de módulos, registro de cdev y las operaciones de lectura y escritura simuladas.
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Resumen técnico rápido: use cabeceras del kernel no GLIBC registre los metadatos con MODULE_LICENSE MODULE_AUTHOR MODULE_DESCRIPTION implemente struct file_operations y struct cdev marque init y exit con __init y __exit registre las funciones con module_init y module_exit y compile con el sistema de construcción del kernel. Para un ejemplo directo consulte https://github.com/CanGulmez/Linux-Drivers/tree/main/pseudo.
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