Linux驱动编程 step-by-step （一）

时间：2022-03-17 08:26:21

转载于：

http://blog.csdn.net/jshazk1989/article/details/6908472

驱动程序的作用：

简单来说 驱动程序就是使计算机与设备通信的特殊的代码，在作单片机时候（无OS）我们自己定义接口及自定义的结构来操作相关硬件，而在有OS的模式下我们操作的硬件是去实现对应的接口（这些接口是已定义好的，我们需要实现这些接口）而无需自己定义接口，这样既能正确的控制设备。又能很好的维护（如果需要升级驱动，上边的应用程序不需要改变）

编写驱动考虑的因素

  1. 提供给用户更多的选项
  2. 保持用户操作的简单性
  3. 编写驱动的时间

驱动分类：

  1. 字符设备：能够像字节流（类似文件）一样被访问的设备（至少实现open, close, read ,write等功能）
  2. 快设备：    用户空间接口与字符设备相同， 内部实与字符设备完全不同（可以被随即访问，一般在类UNIX系统中快设备的读取每次只能读一整块在linux可以操作任意字节）
  3. 网络设备：网络通路通过网络设备形成，能够与主机交换数据的设备

内核功能划分：

  1. 进程管理（PM）：进程的创建与撤销，在单个或者多个CPU上实现多进程的抽象
  2. 内存管理（MM）：管理内存分配及回收的策略
  3. 文件系统（FS/VFS）: Linux 非常依赖于文件系统，内核在没有结构的硬件系统上构造结文件系统，而文件抽象在整个系统中会广泛使用，Linux支持多种文件系统类型
  4. 设备控制：驱动程序，操控硬件以及相应总线设备
  5. 网络（NET）： 在网络接口于应用程序之间传输数据。

好了 理论行得东西介绍的差不多了，下边说点有用的，内核的驱动可以做成模块在需要的时候装载，在不需要的时候卸载
我们在编写用户程序的时候总喜欢从编写hello world 写起 ， 在内核驱动模块也是一样，下边是一个hello_world的一个模块

  1. //hello_world.c   
  2. #include <linux/init.h>   
  3. #include <linux/module.h>  
  4. MODULE_LICENSE("GPL");   
  5.   
  6. static int hello_init(void)   
  7. {   
  8.     printk(KERN_ALERT "hello module\n");   
  9.     return 0;   
  10. }   
  11.   
  12. static void hello_exit(void)   
  13. {   
  14.     printk(KERN_ALERT "hello module exit\n");   
  15. }   
  16.   
  17. module_init(hello_init);   
  18. module_exit(hello_exit);  

以及对应的Makefile

  1. ifneq ($(KERNELRELEASE),)   
  2. # call from kernel build system   
  3. obj-m   := hello_world.o   
  4. #if we need more than one source code to build the module  
  5. #we should use the variable below:  example: modules-objs := file1.o file2.o  
  6. modules-objs :=   
  7.   
  8. else  
  9. #kernel PTAH   
  10. KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build   
  11. PWD       := $(shell pwd)   
  12.   
  13. modules:   
  14.     $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules   
  15.   
  16. endif   
  17.   
  18. clean:   
  19.     rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions  

有几点与用户空间程序不同的地方

  1. 模块程序没有main函数（那么程序入口在哪里？）
  2. 打印函数使用的printk 而不是用户空间的printf 而且使用方式不一样
  3. 模块的编译不是通常的方式
  4. 头文件不是常见的那些头文件
  5. 以及编译之后不会产生可执行文件，而是 .ko 文件
    ...

模块没有main函数，在装载模块 insmod 时会调用module_init注册的函数 此处为hello_init
在模块卸载remod时 会调用module_exit注册的函数 此处为hello_exit
在module_init 注册的函数主要是进行初始化，分配内存， 注册设备等
而module_exit中注册的函数与之相反， 设备注销， 释放内存等
具体的编译模块的Makefile我在另一篇文章中有说到 此处不再赘述
内核的打印函数使用printk去打印信息， printk不支持浮点类型， 在printk中可以加入信息级别有7中

  1. #define KERN_EMERG    "<0>"    /* system is unusable */  
  2. #define KERN_ALERT    "<1>"    /* action must be taken immediately */  
  3. #define KERN_CRIT     "<2>"    /* critical conditions */  
  4. #define KERN_ERR      "<3>"    /* error conditions */  
  5. #define KERN_WARNING  "<4>"    /* warning conditions */  
  6. #define KERN_NOTICE   "<5>"    /* normal but significant */  
  7. #define KERN_INFO     "<6>"    /* informational */  
  8. #define KERN_DEBUG    "<7>"    /* debug-level messages */  

对应与不同的错误等级 选择不懂的option, 并做不同的处理， 小于一定等级的信息会直接打印到终端（非X-window下的终端），可以使用dmesg来查看全部的打印信息
编译内核的头文件是在/lib/modules/$(shell uname -r)/build/include下得，而不是用户模式下得/usr/include
编译后不会生产可执行文件，会生成一个.ko的文件
使用insmod xxx.ko去装载模块
使用lsmod去查看已装载的模块
使用rmmod xxx 去卸载相应模块（卸载是不带.ko）

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