Linux 设备驱动分类（快速理解驱动架构）

在 Linux 设备驱动开发中，最基础的概念就是 设备驱动的分类 。

Linux 设备驱动主要分为 字符设备、块设备和网络设备 ，它们分别对应不同类型的硬件资源。

理解这些分类，不仅能帮助你更快掌握 Linux 设备驱动开发，还能帮助你更好地调试和优化驱动程序。

📌 本文主要内容：

Linux 设备驱动的 3 大分类（字符设备、块设备、网络设备）
/dev 目录下的设备文件解析
设备驱动与文件系统的关系
实战：使用 ls /dev 和 lsmod 查看设备驱动信息

1. Linux 设备驱动的 3 大分类

在 Linux 内核中，所有硬件设备都由相应的 驱动程序 进行管理。按照设备的 数据传输方式，可以分为以下三类：

设备类型	描述	常见设备	系统调用
字符设备（Character Device	按字节流方式访问	串口（UART）、I2C、SPI、GPIO	open/read/write/ioctl
块设备（Block Device）	按块（Block）方式访问，具有缓冲	硬盘（HDD、SSD）、SD 卡、U 盘	open/read/write/mmap/fs
网络设备（Network Device）	通过协议栈收发数据包	以太网、WiFi、蓝牙	socket/send/recv/ioctl

接下来，我们来详细看看这三类设备的特点。

1.1 字符设备驱动

字符设备（Character Device）是 按字节流方式 进行数据传输的设备。它们不经过缓存，数据的读取和写入是 实时的。

📌 常见的字符设备：

串口（UART）
I2C / SPI 设备
GPIO
蜂鸣器、LED

📌 字符设备的特点 ： ✅ 读写数据时 不经过缓存 ，直接交给硬件

✅ 适用于 实时性要求高 的外设（如串口通信）

✅ 设备文件通常位于 /dev 目录，例如：

shell 复制代码

ls /dev/ttyS*
ls /dev/i2c*
ls /dev/spidev*

字符设备通常需要实现以下内核 API：

c 复制代码

static struct file_operations fops = {
    .open = my_driver_open,
    .read = my_driver_read,
    .write = my_driver_write,
    .release = my_driver_release,
};

当应用程序 open("/dev/my_device") 时，Linux 内核就会调用 my_driver_open()。

1.2 块设备驱动

块设备（Block Device）是 按块（Block）方式 进行数据传输的设备。它们会经过 缓存机制 ，数据读写通常是 成批量 进行的。

📌 常见的块设备：

SD 卡
U 盘
eMMC / NVMe / SSD
机械硬盘（HDD）

📌 块设备的特点 ： ✅ 读写数据时 经过缓冲区 ，可以提升读写性能

✅ 适用于 大容量存储设备 （如 SD 卡、SSD）

✅ 设备文件通常位于 /dev 目录，例如：

shell 复制代码

ls /dev/sd*
ls /dev/mmcblk*
ls /dev/nvme*

块设备通常需要实现 块 I/O 操作（bio）：

c 复制代码

static struct block_device_operations bdev_fops = {
    .open = my_bdev_open,
    .release = my_bdev_release,
    .ioctl = my_bdev_ioctl,
};

1.3 网络设备驱动

网络设备（Network Device）主要用于 数据包（Packet）通信 ，通常通过 协议栈 进行传输，例如 TCP/IP、UDP。

📌 常见的网络设备：

以太网（Ethernet）
WiFi
蓝牙（Bluetooth）
4G / 5G 模块

📌 网络设备的特点 ： ✅ 不使用 /dev/ 设备文件 ，而是使用 socket 编程 访问

✅ 主要接口是 send() / recv()

✅ 设备名称通常是 eth0、wlan0、lo：

bash 复制代码

ifconfig -a
ip link show

在驱动代码中，通常会注册 net_device 结构：

c 复制代码

static struct net_device_ops my_netdev_ops = {
    .ndo_open = my_net_open,
    .ndo_stop = my_net_stop,
    .ndo_start_xmit = my_net_xmit,
};

网络设备的 read() / write() 不同于字符设备，而是基于 协议栈 处理数据包。

2. /dev 目录下的设备文件解析

Linux 设备驱动的 最终表现形式 是 /dev 目录下的 设备文件。

bash 复制代码

ls -l /dev/

你会看到：

bash 复制代码

crw-rw---- 1 root tty  4, 64 Aug 31 12:00 /dev/ttyS0  # 字符设备
brw-rw---- 1 root disk 8, 0 Aug 31 12:00 /dev/sda     # 块设备

c（Character）代表字符设备
b（Block） 代表块设备

可以用 lsmod 查看当前已加载的驱动：

bash 复制代码

lsmod

3. 设备驱动与文件系统的关系

设备驱动程序的主要作用是 让应用层能访问底层硬件 。它通常会和 文件系统 结合：

字符设备 → /dev/ttyS0
块设备 → /dev/sda1（挂载 /mnt）
网络设备** → eth0（挂载到协议栈）

在 Linux 内核中，设备驱动和文件系统的关系如下：

bash 复制代码

应用程序 --> 文件系统（VFS）--> 设备驱动 --> 硬件

你可以使用 mount 挂载块设备：

bash 复制代码

mount /dev/sda1 /mnt

4. 实战：使用 ls /dev 和 lsmod 查看设备驱动信息

4.1 查看字符设备

bash 复制代码

ls -l /dev/ttyS*
ls -l /dev/i2c*
ls -l /dev/spidev*

4.2 查看块设备

bash 复制代码

ls -l /dev/sd*
ls -l /dev/mmcblk*

4.3 查看网络设备

bash 复制代码

ifconfig -a
ip link show

4.4 查看已加载的驱动模块

bash 复制代码

lsmod

如果想手动加载驱动：

bash 复制代码

modprobe my_driver

卸载驱动：

bash 复制代码

rmmod my_driver

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