android 自定义驱动（第一篇：驱动）

简介

案例内容：
我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序，这里为了方便描述Android系统编写内核驱动程序的过程而编写的演示Demo,以简单的例子来介绍开发的整个内核到上次App的过程；
这里演示使用的是一个虚拟的硬件设备，这个设备只有一个4字节的寄存器，它可读可写。其实，Andorid内核程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的，都是以Linux模板的形式实现的；
内核源码下载编译安装在这篇文章里：[https://www.jianshu.com/p/a51f4b9e8d22]
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功能总体自下而上的流程如下：

1、kernel层驱动实现,提供设备驱动节点文件
2、user层Hal抽象硬件接口定义和实现
3、HDIL接口定义，实现Binder服务端，提供给Framework层调用
4、Framework层JNI作为Binder客户端调用HDIL 接口，并提供AIDL接口应用层使用
5、App应用层通过调用AIDL调用Framework提供的服务

案例环境如下:

手机设备：Nexus 6p
开发环境系统：Ubuntu14
开发环境：AOSP内核 Linux 3.10.73
Android源码版本：8.1

一、创建驱动项目

在内核源码目录/drivers/下，新建hello目录：

msm/drivers$ mkdir hello

msm是我内核源码目录

二、目录下创建hello.h文件

源码地址：https://github.com/momxmo/aosp_driver/blob/master/1/hello/hello.h

#ifndef _HELLO_ANDROID_H_
#define _HELLO_ANDROID_H_
#include
#include
 
#define HELLO_DEVICE_NODE_NAME "hello"
#define HELLO_DEVICE_FILE_NAME "hello"
#define HELLO_DEVICE_PROC_NAME "hello"
#define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"
 
struct hello_android_dev{
    int val; // 代表寄存器，类型为int
    struct semaphore sem; // 信号量，用于同步操作
    struct cdev dev; // 内嵌的字符设备，这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法
};
 
#endif

这个头文件定义了一些字符串常量宏，后面会使用到。这里定义了一个字符设备结构体hello_android_dev，这里就是我们虚拟的硬件设备了，val成员变量就代表设备里面的寄存器，它为int类型，sem成员变量是一个信号变量，是用于同步访问寄存器val的,dev成员变量是一个内嵌的字符设备，这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。

三、添加hello.c文件

源码地址：https://github.com/momxmo/aosp_driver/blob/master/1/hello/hello.c
在hello目录中添加hello.c文件，这个是驱动程序的实现部分。驱动程序的主要功能就是向上层提供访问设备的寄存器的值，包括读和写。这里提供了三种访问寄存器的方法：

1.通过proc文件系统来访问。
2.通过传统的设备文件的方式来访问。
3.通过devfs文件系统来访问。

下面分段描述驱动程序的实现；
首先添加包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "hello.h"

传统的设备文件访问方法
主要定义hello_open、hello_release、hello_read、hello_write四个打开、释放、读写设备文件的方法；

/* 传统的设备文件操作方法 */
static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp);
static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp);
static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t cout, loff_t* f_pos);
static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);

通过devfs文件系统访问方法
原理:这里将设备的寄存器val看成是设备的一个属性，通过读写这个属性来对设备进行访问，主要是实现hello_val_show、hello_val_store两个方法，同事定义了两个内部使用的访问val值的方法_hello_get_val和_hello_set_val:

/* 访问设置属性方法*/
static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf);
static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);

通过proc文件系统访问方法
主要实现了hello_proc_read、hello_proc_write两个方法，同时定义了在proc文件系统创建和删除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc:

/*读取设备寄存器val的值，保存在page缓存区中*/
static ssize_t hello_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data) {
    if(off > 0) {
        *eof = 1;
        return 0;
    }

    return _hello_get_val(hello_dev, page);
}
/*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/
static ssize_t hello_proc_write(struct file* filp, const char __user *buff, unsigned long len, void* data) {
    int err = 0;
    char* page = NULL;

    if(len > PAGE_SIZE) {
        printk(KERN_ALERT"The buff is too large:%lu.\n", len);
        return -EFAULT;
    }

    page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
    if(!page) {
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n");
        return -ENOMEM;
    }

    /*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区去*/
    if(copy_from_user(page, buff, len)) {
        printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n");
        err = -EFAULT;
        goto out;
    }

    err = _hello_set_val(hello_dev, page, len);

out:
    free_page((unsigned long)page);
    return err;
}
/*创建/proc/hello/文件*/
static void hello_create_proc(void) {
    struct proc_dir_entry* entry;  
    entry = proc_create(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0644, 0, &hello_fops);
    /*entry = create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL); // 该函数已被替代
    if(entry) {
        entry->owner = THIS_MODULE;
        entry->read_proc = hello_proc_read;
        entry->write_proc = hello_proc_write;
    }*/
}

/*删除/proc/hello文件*/
static void hello_remove_proc(void) {
    remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, NULL);
}

定义模块的加载和卸载方法
这里主要是执行设备的注册和初始化操作：
创建和删除设备文件节点

/* 模块加载方法*/
static int __init hello_init(void) { }
/*模块卸载方法*/
static void __exit hello_exit(void) {}

四、添加配置文件

在hello目录创建Kconfig和Makefile两个文件，其中Kconfig是在编译前执行配置命令make menuconfig时用到，而Makefile是执行编译命令make时用到；
Makefile文件内容：

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o

Kconfig文件内容：

config HELLO
    tristate "First Android Driver"
    default m
    help
    This is the first android driver.

说明：在Kconfig配置文件中，tristate表示编译选项HELLO支持在编译内核时，hello模块支持以模块、内建和不编译三种编译方法，默认编译为模块，因此，在编译内核前，我们需要使用make menuconfig命令配置编译选项，使得hello可以以模块或者内建的方法进行编译。
在Makefile文件中，根据选择HELLO的值，执行不同的编译方法。

五、添加hello模块项目到驱动程序中

修改drivers/Kconfig在menu "Device Drivers" 后添加一行：

  source "drivers/hello/Kconfig"

将我们自定义的hello驱动模块引入；
修改drivers/Makefile，添加hello编译模块在里面添加

 obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/

在内核目录/arch/arm64/configs/angler_defconfig中添加一行：

    CONFIG_HELLO=y

这里m表示编译成module,y表示编译进kernel只可以看到.o不会生成.ko
这样，执行make menuconfig时，就可以配置hello模块的编译选项了，配置为编译成模块。.

六、配置编译选择

步骤如下：

1.内核目录下执行make menuconfig,弹窗选择框，进入Device Drivers-->选择First Android Driver 按y键是选中，n是不选中；
2.注意：如果内核不支持动态加载模块，这里不能选择m，虽然我们在Kconfig文件中配置了HELLO选项为tristate。要支持动态加载模块选项，必须要在配置菜单中选择Enable loadable module support选项；在支持动态卸载模块选项，必须要在Enable loadable module support菜单项中，选择Module unloading选项。
我们这里是支持动态加载的，因此选择m，方便加载调试。

七、编译

开始编译内核
$ make kernel
编译到内核方式：
我这里是直接编译到内核的方式,剩下步骤按AOSP内核下载和编译执行，编译得到内核复制到AOSP源码编译生成boot.img镜像，然后刷入到手机中验证；
模块方式：
获得hello.ko,导出放到系统驱动目录，我的平台为：/vendor/lib64/modules/
使用insmod /vendor/lib64/modules/hello.ko加载，为了使驱动能在系统启动时加载，在init.bigfish.rc中添加：insmod /vendor/lib64/modules/hello.ko，这样系统开机后就会启动了

八、验证

① 进入到dev目录，可以看到hello设备文件：

root@android:/ # cd dev
root@android:/dev # ls

② 进入到proc目录，可以看到hello文件：

root@android:/ # cd proc
root@android:/proc # ls

③进入到sys/class目录，可以看到hello目录：

root@android:/ # cd sys/class
root@android:/sys/class # ls
//进入到hello目录，可以看到hello目录：
root@android:/sys/class # cd hello
root@android:/sys/class/hello # ls
//进入到下一层hello目录，可以看到val文件：
root@android:/sys/class/hello # cd hello
root@android:/sys/class/hello/hello # ls
//访问属性文件val的值：
root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
5
root@android:/sys/class/hello/hello # echo '0'  > val
root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
0

以上都可以通过cat命令查看，echo '8' > hello命令写入操作