Linux设备驱动开发

一个基本的Linux设备驱动开发环境


由宿主机和目标机组成，宿主机就是用来做驱动开发工作的主机，目标机就是用来运行和测试设备驱动的主机，在宿主机上需要有开发工具（gcc，gdb，make等）和linux源码（版本要对应目标机上的linux内核），而目标机上只要运行linux即可。由于步骤有所不同，下面分为普通Linux设备驱动开发和嵌入式Linux设别驱动开发两种情况来讲述环境的搭建和驱动程序的编译：

（一）普通Linux设备驱动开发

普通Linux主要是区分于嵌入式Linux（一般指uClinux），在这种开发中宿主机和目标机可以是一台主机，即在本机上开发编译然后在本机上加载运行（Linux设备驱动也可以直接编译进内核，但为了开发工作方便，一般采用动态加载的方式），当然也可以是两台主机，如果是两台主机的话，要保证宿主机上的linux源码的版本号与目标机中的linux内核版本一致。普通Linux设备驱动开发的步骤如下：

1. 在宿主机上安装开发工具和下载linux源码（要求版本号和目标机上的linux内核版本一致）。开发工具主要有gcc、gdb、make等，这些工具在redhat或fc中默认就安装了，在debian或Ubuntu中可以通过下面这个命令安装：
apt-get install build-essential
linux源码可以通过以下几种途径获得：
* 直接去www.kernel.org下载
* 通过包管理工具下载源码，在debian和Ubuntu中可以通过下面这个命令下载，
apt-get install linux-source-(版本号) ，下载后的文件在/usr/src目录中，解压到该目录即可

将源码解压到/usr/src/目录后，进入linux-source-(版本号)目录中执行下面几个命令：
make oldconfig
make prepare
make scripts
2. 编写Linux驱动程序，以一个最简单的hello.c为例，hello.c的内容如下：
1. #include "linux/init.h"
2. #include "linux/module.h"
3.
4. static int hello_init(void)
5. {
6. printk(KERN_ALERT "Hello World linux_driver_module/n");
7. return 0;
8. }
9.
10. static void hello_exit(void)
11. {
12. printk(KERN_ALERT "Goodbey linux_driver_module/n");
13. }
14.
15. module_init(hello_init);
16. module_exit(hello_exit);
17. MODULE_LICENSE("GPL");
18. MODULE_AUTHOR("lpj");
3. 写Makefile文件，一个示例如下，里面各项参数根据实际情况更改：
1. #sample driver module
2. obj-m := hello.o
3. KDIR = /usr/src/linux-source-2.6.24/
4.
5. all:
6. $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)
7.
8. .PHONY:clean
9. clean:
10. rm -f *.mod.c *.mod.o *.ko *.o *.tmp_versions
4. 编译，在hello.c和Makefile所在目录下执行 make 即可，编译后在当前目录生成hello.ko文件
5. 加载并测试：加载使用insmod或modprobe命令来实现，如在当前路径执行如下代码：
insmod hello.ko 或 modprobe hello
注意，如果在虚拟终端加载内核的话，将看不到内核打印信息，因为内核打印信息不会输出到虚拟终端，而是输出到/proc/kmsg文件中，所以可以通过以下方式查看内核信息：
* cat /proc/kmsg 会一直打印，需要Ctrl－C手动终止
* dmesg 或 dmesg | tail -N ，N为一数字，表示显示最后N行
6. 卸载：使用rmmod命令卸载驱动模块，如 rmmod hello

（二）嵌入式Ｌinux设备驱动开发

这种开发中一般目标机为带有嵌入式处理器的开发板，而宿主机为PC，开发环境需要在宿主机上搭建，嵌入式Linux设备驱动开发的步骤如下：

1. 在宿主机上下载嵌入式Linux的源码,并安装嵌入式Linux开发工具（针对于不同的嵌入式处理器，工具也有所不同，如对应于Arm的arm-gcc系列，针对nios2处理器的nios2-cc系列）
2. 编写Linux设备驱动驱动程序，还以上面给出的hello.c为例，将该文件复制到(linux 源码目录)/drivers/(目标文件夹)／中
3. 在(目标文件夹)中创建Makefile和Kconfig(菜单配置文件)，内容分别如下：
1. #makefile
2. obj-$(CONFIG_HELLODRV) += hello.o
1. #Kconfig
2. menu USER_DEVICE_DRIVERS
3. config HELLODRV
4. tristate "Hello"
5. ---help---
6. This is a sample driver programme.
7. endmenu

注意，如果Kconfig文件中的"tristate"写成"bool"，则该模块只能选为Y（编译进内核）或N（不选择），不能选为M（编译为模块，可动态加载）
4. 修改上层目录（ linux内核源码目录/drivers/）中的Makefile和Kconfig文件，Makefile中加入如下语句：
1. #makefile
2. obj-y += (目标文件夹)

(此处有多种写法，这只是其中一种)
Kconfig中加入如下语句：
1. #Kconfig
2. source "drivers/(目标文件夹)/Kconfig"
5. 编译内核：几个基本的命令及选择界面如下：
make menuconfig 执行到这一步后，会看到下面这个界面：
menuconfig
其中Vendor/Product...是选择处理器厂家和型号的，Kernel/Library...是配置应用程序的，按空格键或回车键可以进入选项进行配置，用上下键移动到Kernel/Library...菜单上，按空格或回车进入下面的内核配置界面：
kernel_library
在该界面有两个Customize...选项，第一个是选择自定义配置内核，第二个是选择自定义配置应用程序，按空格键可以选择这些选项，选择后按 exit键退出，选择是否保存的时候选择“yes“，如果选择了第一个Customize...，则退出后会自动进入内核配置界面，如下图：
kernel_comfig
该界面有很多选项，这里不细讲，我们要配置驱动模块，就用上下键移动到Device Drivers上，然后按回车或空格键进入，设备驱动配置界面如下图：
device_drives_config
这里就是linux-2.X/drivers/Kconfig里的内容了，下面那个绿色的V(+)表示这一页没显示完，可以用下键继续往下浏览，找到我们自己的菜单名，然后按回车或空格进入，我的模块配置界面如下：
mydrivers
用M键使选项前的尖括号里显示M表示该模块要动态加载，也可以按y键选择直接编辑进内核，选择完后exit退出，选择yes或no的对话框通一选yes。
make romfs #第一次编译内核前一定要有该步骤
make
6. 加载测试：将生成的zImage文件下载到开发板，开发板上的嵌入式Linux启动后可以用insmod或modprobe加载驱动模块，测试完毕后可以通过rmmod命令卸载驱动模块


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1. 学会写简单的makefile

2. 编一应用程序，可以用makefile跑起来

3. 学会写驱动的makefile

4. 写一简单char驱动，makefile编译通过，可以insmod， lsmod， rmmod. 在驱动的init函数里打印hello world， insmod后应该能够通过dmesg看到输出。

5. 写一完整驱动， 加上read， write， ioctl， polling等各种函数的驱动实现。 在ioctl里完成从用户空间向内核空间传递结构体的实现。

6. 写一block驱动， 加上read，write，ioctl，poll等各种函数实现。

7. 简单学习下内存管理， 这个是最难的，明白各种memory alloc的函数实现细节。这是Linux开发的基本功。

8. 学习锁机制的应用，这个不是最难的但是最容易犯错的，涉及到很多同步和并发的问题。

9. 看内核中实际应用的驱动代码。 你会发现最基本的你已经知道了， 大的框架都是一样的， 无非是read， write， ioctl等函数的实现， 但里面包含了很多很多细小的实现细节是之前不知道的。 这时候就要考虑到很多别的问题而不仅仅是基本功能的实现。

推荐您看2.6.20中integrated的一个驱动 kvm， 记得是在driver/lguest下，很好玩的，就是Linux下的虚拟机驱动， 代码不长，但功能强大。有能力的可以自己写一操作系统按照要求做成磁盘镜像加载到虚拟机中，然后客户机可以有自己的4G虚拟地址空间。

10. 看完驱动欢迎您进入Linux kernel学习中来。

最简单的方法，跟着ldd（Linux devive driver）做一遍。