Linux驱动开发1--内核入门之hello模块

Linux驱动开发1--内核入门之hello模块

3.1 创建项目驱动程序工作路径

[wudongxu@centos6_master ~]$ cd gitee/fl2440/

[wudongxu@centos6_master fl2440]$ ls

3rdparty bootloader crosstool LICENSE linux README.md x86_tools

[wudongxu@centos6_master fl2440]$ mkdir driver

[wudongxu@centos6_master fl2440]$ cd driver

3.2 编写hello模块C文件

[wudongxu@centos6_master driver]$ vim kernel_hello.c

kernel_hello.c ____________________________________________________________________________________________________________________

  1 /*********************************************************************************

  2  *      Copyright:  (C) 2018 Wu Dong Xu< [email protected]>

  3  *                  All rights reserved.

  4  *

  5  *       Filename:  knernel_hello.c

  6  *    Description:  This file

  7  *                 

  8  *        Version:  1.0.0(03/19/2018)

  9  *         Author:  Wu Dong Xu < [email protected]>

10  *      ChangeLog:  1, Release initial version on "03/19/2018 04:00:19 AM"

11  *                 

12  ********************************************************************************/

13 #include    //定义了一些相关的宏

14 #include    //定义了模块需要的

15 #include

16

//当使用insmod命令加载模块时，会调用该函数

17 static __init int hello_init(void)

18 {

19     printk(KERN_ALERT "hello,wudongxu IoT Studio!\n");    //打印hello,wudongxu IoT Studio

20     return 0;

21 }

22

//当使用rmmod命令卸载模块时，会调用该函数

23 static __exit void hello_exit(void)

24 {

25     printk(KERN_ALERT "Goodbye,I have found a good job!\n");   //打印Goodbye,I have found a good job

26 }

27

28 module_init(hello_init);      //声明模块加载函数,是内核模块的一个宏。也就是使insmod命令加载模块时，调用函数hello_init()。

29 module_exit(hello_exit);      // 声明模块卸载函数，是内核模块的一个宏。也就是使rmmod命令卸载模块时，调用函数hello_exit()。

30

31 MODULE_AUTHOR("WuDongXu < [email protected]>");    

32 MODULE_DESCRIPTION("Linux Kernel hello module (C) WuDongXu IoT Studio");   

33 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");    / /指定许可权为Dual  BSD/GPL，该模块代码遵循BSD和GPL双重规范，用来告知内核, 该模块带有一个自由的许可证， 没有这样的说明, 在模块加载时内核会抱怨。

1，关于printk的说明

printk 函数在 Linux 内核中定义并且对模块可用，它与标准 C 库函数 printf 的行为相似。内核需要它自己的打印函数, 因为它靠自己运行, 没有 C 库的帮助. 模块能够调用 printk 是因为在 insmod加载了它之后, 模块被链接到内核并且可存取内核的公用符号. 字串 KERN_ALERT 是消息的优先级。

printk支持分级别打印调试，这些级别定义在linux-3.0/include/linux/printk.h文件中：

#define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */

#define KERN_ALERT "<1>" /* action must be taken immediately */

#define KERN_CRIT "<2>" /* critical conditions */

#define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */

#define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */

#define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */

#define KERN_INFO "<6>" /* informational */

#define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages */

/* Use the default kernel loglevel */

#define KERN_DEFAULT "" Linux内核中printk()的语句是否打印到串口终端上，与u-boot里的bootargs参数中的 loglelve=7相关，只有低于loglevel级别的信息才会打印到控制终端上，否则不会在控制终端上输出。这时我们只能通过dmesg命令查看。 linux下的dmesg命令的可以查看linux内核所有的打印信息，它们记录在/var/log/messages系统日志文件中。linux内核中的打印信息很多，我们可以使用 dmesg -c命令清除之前的打印信息。

2， 关于 __init、module_init和module_exit 的说明

__init、module_init和module_exit这两个宏是定义在 linux-3.0/include/linux/init.h 中：

#define __init __section(.init.text) __cold notrace

#define __exit __section(.exit.text) __exitused __cold notrace

#define module_init(x) __initcall(x);

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

#define device_initcall(fn) __define_initcall("6",fn,6)

typedef int (*initcall_t)(void);

#define __define_initcall(level,fn,id) \

static initcall_t __initcall_##fn##id __used \ __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

static __init int hello_init(void) 宏就会被展开为 static __section(.init.text) __cold notrace int hello_init(void)

static __exit int hello_exit(void) 宏就会被展开为 __section(.exit.text) __exitused __cold notrace int hello_exit

这里的 __section 为gcc的链接选项，他表示把该函数链接到Linux内核映像文件的相应段中，这样hello_init将会被链接进.init.text段中，而hello_exit将会被链接进.exit.text段中。被链接进这两个段中的函数代码在调用完成之后，内核将会自动释放他们所占用的内存资源。因为这些函数只需要初始化或退出一次，所以hello_init()和hello_exit()函数最好在前面加上__init 和 __exit。

module_init(hello_init) 宏就会被展开为：

static int (*initcall_t)(void) __initcall_hello_init6 __used __attribute__((__section__(".initcall" "6"".init"))) = hello_init;

这段代码也就是定义了一个叫 __initcall_hello_init6的函数指针，他指向 hello_init 这个函数， gcc的链接选项 __attribute__ 和 __section__ 将该指针变量链接到linux内核映像的 .initcall 段中。linux系统在启动时，完成CPU和板级初始化之后，就会从该段中读入所有的模块初始化函数就执行。每一个Linux内核模块都需要使用module_init()和module_exit()宏来修饰，这样系统启动时才能自动调用并初始化他们

3.3. 在X86主机上测试内核模块

创建x86文件夹，在这里面编译并测试hello内核模块。

[wudongxu@centos6_master driver]$ mkdir x86

[wudongxu@centos6_master driver]$ cd x86

[wudongxu@centos6_master x86]$ ln -s ../kernel_hello.c

[wudongxu@centos6_master x86]$ vim Makefile

KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build

PWD := $(shell pwd)

obj-m := kernel_hello.o

modules:

$(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

        @make clear

clear:

        @rm -f *.o *.cmd *.mod.c

        @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.order -f

        @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d

        @rm -f *.unsigned

clean:

        @rm -f hello.ko

[wudongxu@centos6_master x86]$ ls

kernel_hello.c Makefile

[wudongxu@ centos6_master x86]$ make

make -C /lib/modules/2.6.32-696.el6.x86_64/build

M=/home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86 modules

make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-696.el6.x86_64' CC [M] /home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86/kernel_hello.o

Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules

CC /home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86/kernel_hello.mod.o

LD [M] /home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86/kernel_hello.ko.unsigned

NO SIGN [M] /home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86/kernel_hello.ko

make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-696.el6.x86_64' make[1]: Entering directory `/home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86' make[1]: Leaving directory

`/home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/x86'

[wudongxu@centos6_master x86]$ ls

kernel_hello.c kernel_hello.ko Makefile

[guowenxue@centos6_master x86]$ ls

kernel_hello.c     kernel_hello.ko     Makefile

dmesg查看Linux内核的打印信息，dmesg -c将会清除之前Linux内核的打印信息

[wudongxu@centos6_master x86]$ sudo dmesg

[wudongxu@centos6_master x86]$ sudo dmesg -c

安装Linux内核模块，并查看内核的打印信息：

[wudongxu@centos6_master x86]$ sudo insmod kernel_hello.ko

[wudongxu@centos6_master x86]$ dmesg

Hello,WuDongXu IoT Studio!

lsmod命令查看当前linux内核安装了的内核模块

[wudongxu@centos6_master x86]$ sudo lsmod | grep kernel_hello

kernel_hello 891 0

rmmod将会删除linux内核安装了的内核模块

[wudongxu@centos6_master x86]$ sudo rmmod kernel_hello

[wudongxu@centos6_master x86]$ dmesg

Hello, 

WuDongXu IoT Studio!

Goodbye, I have found a good job!

3.4 在ARM板上测试内核模块

[wudongxu@ centos6_master x86]$ cd ..

[wudongxu@centos6_master driver]$ vim Makefile

LINUX_SRC = ${shell pwd}/../linux/linux-3.0/

CROSS_COMPILE=/opt/xtools/arm920t/bin/arm-linuxINST_PATH=/tftp

PWD := $(shell pwd)

EXTRA_CFLAGS+=-DMODULE

obj-m += kernel_hello.o

modules:

        @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules

        @make clear

uninstall:

        rm -f ${INST_PATH}/*.ko

install: uninstall

        cp -af *.ko ${INST_PATH}

clear:

        @rm -f *.o *.cmd *.mod.c

        @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.order -f

        @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d

clean: clear

        @rm -f *.ko

关于Makefile文件的说明

1，LINUX_SRC 应该指定开发板所运行的Linux内核源码的路径，并且这个linux内核源码必须makemenuconfig，并且make过的，因为Linux内核的一个模块可能依赖另外一个模块，如果另外一个没有编译则会出现问题。所以Linux内核必须编译过，这样才能确认这种依赖关系；

2， 交叉编译器必须使用 CROSS_COMPILE 变量指定；

3， 如果编译Linux内核需要其它的一些编译选项，那可以使用 EXTRA_CFLAGS 参数来指定；

4， obj-m += kernel_hello.o 该行告诉Makefile要将 kernel_hello.c 源码编译生成内核模块文件kernel_hello.ko ；

5， @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules @ make是不打印这个命令本身 -C：把工作目录切换到-C后面指定的参数目录，M是Linux内核源码Makefile里面的一个变量，作用是回到当前目录继续读取Makefile。当使用make命令编译内核驱动模块时，将会进入到 KERNEL_SRC 指定的Linux内核源码中去编译，并在当前目录下生成很多临时文件以及驱动模块文件kernel_hello.ko；

6， clear 目标将编译linux内核过着产生的一些临时文件全部删掉；

[wudongxu@centos6_master driver]$ make

/home/wudongxu/gitee/fl2440/driver/../linux/linux-3.0/

make[1]: Entering directory `/home/wudongxu/gitee/fl2440/linux/linux-3.0' CC [M] /home/guowenxue/gitee/fl2440/driver/kernel_hello.o

Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules

CC /home/guowenxue/gitee/fl2440/driver/kernel_hello.mod.o

LD [M] /home/guowenxue/gitee/fl2440/driver/kernel_hello.ko

make[1]: Leaving directory `/home/guowenxue/gitee/fl2440/linux/linux-3.0' make[1]: Entering directory `/home/guowenxue/gitee/fl2440/driver' make[1]: Leaving directory `/home/guowenxue/gitee/fl2440/driver' 

[wudongxu@centos6_master driver]$ ls

kernel_hello.c  kernel_hello.ko  Makefile    x86

开发板上测试：

使用之前的老内核测试刚编译的驱动模块：

~ >: tftp -gr kernel_hello.ko 192.168.0.5

kernel_hello.ko 100% |*******************************| 23746 0:00:00 ETA

 ~ >: ls

apps    info    mnt        tmp

bin       init     proc        usr

data     kernel_hello.ko     root       var

dev     lib         sbin

etc     linuxrc       sys 

~ >: lsmod

~ >: insmod kernel_hello.ko

kernel_hello: Unknown symbol __aeabi_unwind_cpp_pr0 (err 0)

insmod: can't insert 'kernel_hello.ko': unknown symbol in module or invalid parameter

这个错误是因为 驱动模块与开发板现在正在运行的内核不一致，重新编译升级最新的Linux内核之后重新测试OK!

~ >: insmod kernel_hello.ko

Hello, WuDongXu IoT Studio! 

~ >: lsmod

kernel_hello 541 0 - Live 0xbf000000 

~ >: rmmod kernel_hello

Goodbye, I have found a good job!