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Linux字符设备驱动模型之字符设备驱动代码模板
时间:2017-07-25作者:华清远见

在正式的编写Linux驱动之前,先将硬件抛开,先来搞清楚几件事:

1.驱动程序如何编写?模板是怎样的?

2.如何编译驱动程序?

3.Linux内核驱动模块之间是否可以进行参数传递?

4.如何加载驱动程序到内核空间?

5.内核空间如何输出调试信息?

一、设备驱动模板

主要做的几件事:

1.将此内核驱动模块加载到内核中。

2.从内核中将驱动模块卸载。

3.声明遵循的开源协议。

如下代码:

如上Demo为一个最基本的内核模块,其中包括:

1.两个最基本的、最必要的头文件#include<linux/init.h>和#include<linux/module.h>。任何一个内核模块均包含这两个头文件。

2.module_init(hello_init);作为驱动模块的加载函数,将相应的驱动模块hello_init加载到Linux内核中。static int __init hello_init(void)函数作为 这个驱动模块的初始化函数。必须注意的是,此初始化函数必须通过__init声明,表示此段初始化函数代码存放在__init段中(具体可以分析Linux系统的链接器脚本文件);module_init函数通过回调的方式将hello_init加载到内核。

3.module_exit(hello_exit);将已存在的驱动模块hello_exit从内核中卸载,值得注意的是驱动模块的卸载实现函数static void __exit hello_exit(void)也必须要通过__exit声明。同样的module_exit函数通过回调的方式调用hello_exit函数,实现卸载此驱动模块。hello_exit为卸载的实现方法函数。

4.MODULE_LICENSE("GPL");声明此驱动模块支持GPL开源协议。GPL,是General Public License的缩写,是一份GNU通用公共授权非正式的中文翻译。它并非由自由软件基金会所发表,亦非使用GNU通用公共授权的软件的法定发布条款─直有GNU通用公共授权英文原文的版本始具有此等效力。下图为GPL的logo:

在Linux内核中的软件代码,基本上都需要遵循GPL协议。如若代码无GPL声明,在使用时将会报警。但万事无绝对,还是可以绕过GPL协议的,在此不再多说,可找度娘和谷歌。

5.内核中的调试信息输出直接通过printk函数即可,使用方法和用户空间的printf相似。以上程序中的printk(KERN_INFO"%s()-%d\n", __func__, __LINE__);表示打印当前函数的信息。

此即为Linux内核驱动模块的基本程序,关于驱动所实现的功能,就由程序员发挥了,具体后续详述。

二、Makefile分析

已经编写好的Demo需要进行编译,最后才能使用。而Makefile为最好的管理工具。

如上为本驱动程序的Makefile文件,其中驱动文件名称为hello_driver.c。详解如下:

从Makefile分析可知,驱动程序需要依赖于已经编译成功了的Linux内核源码而编译;并且也利用到了Linux内核的顶层目录的Makefile文件。最后编译生成.ko文件,此即为Linux内核驱动模块。如下图:

实际上在这里所使用方法是,将驱动代码在Linux内核之外进行编译,然后生成内核驱动模块。

而在工程项目开发中,则通常直接在Linux内核源码内添加内核驱动代码,直接在Linux内核源码上编译。具体的方式在此先不谈。

三、装载驱动程序

编译得到的ko文件为内核驱动模块,可以直接直接在用户空间中装载驱动模块。

1.开发的方式简述

(1)本文所使用的开发模型

如上图为本文所使用的开发模型,一个硬件平台想要启动成功Linux操作系统,至少需要满足3个条件(1)bootloader(常用uboot);(2)Linux内核镜像(zImage/uImage);(3)根文件系统filesystem。

在这里因为是开发学习,所以只在板卡上烧录了bootloader(uboot),通过在bootloader(uboot)配置引导启动参数,实现,当开发平台上电启动时,uboot会通过网络的方式在指定的TFTP服务器上临时下载可执行的Linux内核镜像zImage/uImage,并引导Linux kernel启动当Linux Kernel启动成功后,在读取uboot设置的参数,通过NFS服务器在指定的平台上挂载根文件系统,直到启动成功。本文的TFTP服务器和NFS服务器在Ubuntu开发环境上搭建。当然 ,最重要的前提是板卡与Ubuntu开发环境组成局域网关系。

以下为uboot参数的配置:

这种开发模式基本上常用于三星平台的教学平台上。

(2)产品项目常用的开发模型

对于产品的开发而言,基本上不会再使用TFTP和NFS进开发了。而是直接在板卡上烧录bootloader、zImage和根文件系统filesystem。然后直接从板级启动。这样的调试方式就和使用TFTP和NFS的方式有所差别了。此种方式本文不做过多叙述。

2.加载驱动模块到内核中

1.将编译生成的驱动模块拷贝到根文件系统中。

将上文中编译生成的hello_driver.ko文件拷贝到根文件系统filesystem。

命令:cp hello_driver.ko /opt/filesystem/

注:/opt/filesystem/为板卡通过NFS挂载的根文件系统目录。存在于开发环境Ubuntu上。

拷贝成功后,可以在板卡串口输出的调试界面上看到了相应的文件,如下图:

3.加载驱动模块

内核驱动模块的安装使用insmod命令。

内核模块安装: insmod xxx.ko

如上图,执行insmod hello_driver.ko命令后,会有相应的调试信息输出。实际上它的输出为static int __init hello_init(void)函数中的printk的打印信息。表示本函数名和所在代码的行数。

这里表示安装驱动模块成功。

4.卸载驱动模块

Linux提供了remod命令来卸载内核驱动模块。

内核模块卸载: rmmod xxx

如上图,执行rmmod hello_driver目录后,出现错误,原因是文件系统为刚刚编译的、纯净的文件系统,所在/lib/目录下并不存在modules目录,解决方法是,在/lib/目录下创建一个modules目录即可。

执行命令:mkdir /lib/modules

再执行命令rmmod hello_driver卸载内核驱动模块,如下图:

还是发生了错误,提示找不到3.0.8目录。实际上因为本文笔者所使用的Linux内核源码为3.0.8版本的,而模块驱动的运行依赖/lib/modules/内核版本号目录,所以实际上需要的是/lib/modules/3.0.8/目录。解决方式是在/lib/modules/目录下再创建一个3.0.8目录。

命令:mkdir /lib/modules/3.0.8

执行命令:remod hello_driver 卸载内核模块驱动。

如上图表示卸载成功了,并且卸载函数中的printk打印出了卸载函数的函数名和所在行数。

至此,基本上一个内核驱动模块的模板和使用已经简述完毕。


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