.Linux设备驱动程序学习（0）——设备驱动介绍& Hello, world！模块 内核参数传递

 

Linux设备驱动程序学习（0）——设备驱动介绍& Hello, world！模块  

2010-12-20 22:37:43|  分类： 嵌入式学习 |  标签： |字号大中小 订阅

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设备驱动程序的作用

设备驱动程序就是这个进入Linux内核世界的大门。设备驱动程序在Linux内核中扮演着特殊的角色。它是一个独立的“黑盒子”，使某个特定硬件响应一个定义好的内部编程接口，这些接口完全隐藏了设备的工作细节。用户的操作通过一组标准化的调用执行，而这些调用独立于特定的驱动程序。将这些调用映射到作用于实际硬件的设备特有操作上，则是设备驱动程序的任务。

设备驱动的分类
       字符设备：字符(char)设备是个能够像字节流（类似文件）一样被访问的设备。字符设备驱动程序通常至少要实现open、close、read和write系统调用。

块设备：一个块设备驱动程序主要通过传输固定大小的数据来访问设备。块设备和字符设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核及驱动程序之间的软件接口，而这些不同对用户程序是透明的。在内核中，和字符驱动程序相比，块驱动程序具有完全不同的接口。

网络接口：任何网络事务都经过一个网络接口形成，即一个能够和其他主机交换数据的设备。它可以是个硬件设备，但也可能是个纯软件设备。访问网络接口的方法仍然是给它们分配一个唯一的名字（比如eth0），但这个名字在文件系统中不存在对应的节点。内核和网络设备驱动程序间的通信，完全不同于内核和字符以及块驱动程序之间的通信，内核调用一套和数据包传输相关的函数而不是read、write等。

驱动模块的特点

（1）驱动模块运行在内核空间，运行时不能依赖于任何标准C库等应用层的库、模块，所以在写驱动时所调用的函数只能是作为内核一部分的函数，即使用“EXPORT_SYMBOL”导出的函数。

—insmod使用公共内核符号表来解析模块中未定义的符号。公共内核符号表中包含了所有的全局内核项（即函数和变量的地址），这是实现模块化驱动程序所必须的。
       —Linux使用模块层叠技术，我们可以将模块划分为多个层，通过简化每个层可缩短开发周期。如果一个模块需要向其他模块导出符号，则使用下面的宏：

EXPORT_SYMBOL(name);         EXPORT_SYMBOL_GPL(name);

符号必须在模块文件的全局变量部分导出，因为这两个宏将被扩展为一个特殊变量的声明，而该变量必须是全局的。

（2）驱动模块和应用程序的一个重要不同是：应用程序退出时可不管资源释放或者其他的清除工作，但模块的退出函数必须仔细撤销初始化函数所作的一切，否则，在系统重新引导之前某些东西就会残留在系统中。

（3）处理器的多种工作模式（级别）其实就是为了操作系统的用户空间和内核空间设计的。在Unix类的操作系统中只用到了两个级别：最高和最低级别。

（4）要十分注意驱动程序的并发处理。

（5）内核API中具有双下划线（_ _）的函数，通常是接口的底层组件，应慎用。

（6）内核代码不能实现浮点数运算。参考资料：http://blog.chinaunix.net/u/30180/showart.php?id=1421920

<!--[endif]-->模块结构介绍

利用Linux设备驱动程序的第一个例程：Hello World模块了解内核驱动模块的结构。

#include <linux/init.h> #include <linux/module.h>  static int hello_init(void) {     printk(KERN_ALERT "Hello, Tekkaman Ninja ！\n");     return 0; } static void hello_exit(void) {     printk(KERN_ALERT "Goodbye, Tekkaman Ninja ！\n Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

  
<!--[if !supportLists]-->1．   <!--[endif]-->所有模块代码中都包含一下两个头文件：

#include <linux/init.h>         #include <linux/module.h>

<!--[if !supportLists]-->2．   <!--[endif]-->所有模块代码都应该指定所使用的许可证：

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

 此外还有可选的其他描述性定义：

MODULE_AUTHOR(""); MODULE_DESCRIPTION(""); MODULE_VERSION(""); MODULE_ALIAS(""); MODULE_DEVICE_TABLE("");

上述MODULE_声明习惯上放在文件最后。
<!--[if !supportLists]-->3．   <!--[endif]-->初始化和关闭

初始化的实际定义通常如下：

static int _ _init initialization_function(void) { /*初始化代码*/ } module_init(initialization_function)

清除函数的实际定义通常如下：

static int _ _exit cleanup_function(void) { /*清除代码*/ } module_exit(cleanup_function)

 4．   一个简单的Makefile文件：

KERNELDIR = /home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2 PWD := $(shell pwd) INSTALLDIR = /home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules CROSS_COMPILE    = arm-9tdmi-linux-gnu- CC    = $(CROSS_COMPILE)gcc obj-m := hello.o .PHONY: modules modules_install clean modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules modules_install: cp hello.ko $(INSTALLDIR) clean: rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

obj-m := hello.o

代表了我们要构造的模块名为hell.ko，make 会在该目录下自动找到hell.c文件进行编译。如果 hello.o是由其他的源文件生成（比如file1.c和file2.c）的，则在下面加上（注意红色字体的对应关系）：

hello-objs := file1.o file2.o ......

 

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

-C $(KERNELDIR) 指定了内核源代码的位置，其中保存有内核的顶层makefile文件。

M=$(PWD) 指定了模块源代码的位置

modules目标指向obj-m变量中设定的模块。

<!--[if !supportLists]-->5．   <!--[endif]-->编译模块

make  modules 、 make  modules_install 。

[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules make -C /home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2 M=/home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld modules make[1]: Entering directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'   CC [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.o   Building modules, stage 2.   MODPOST 1 modules   CC      /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.mod.o   LD [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.ko make[1]: Leaving directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2' [root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules_install cp hello.ko /home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules [root@Tekkaman-Ninja Helloworld]#

<!--[if !supportLists]-->6．   <!--[endif]-->在开发板上的操作：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/ [Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls cs89x0.ko hello.ko p80211.ko prism2_usb.ko  [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello.ko  Hello, Tekkaman Ninja ！ [Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod  Module Size Used by Not tainted  hello 1376 0  [Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod hello  Goodbye, Tekkaman Ninja ！ Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !  [Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod  Module Size Used by Not tainted  [Tekkaman2440@SBC2440V4]#

Linux内核模块的初始化出错处理一般使用“goto”语句。
通常情况下很少使用“goto”，但在出错处理是（可能是唯一的情况），它却非常有用。在大二学习C语言时，老师就建议不要使用“goto”，并说很少会用到。在这里也是我碰到的第一个建议使用“goto”的地方。“在追求效率的代码中使用goto语句仍是最好的错误恢复机制。”－－《Linux设备驱动程序（第3版）》以下是初始化出错处理的推荐代码示例：

struct something *item1; struct somethingelse *item2; int stuff_ok; void my_cleanup(void) {     if (item1)         release_thing(item1);     if (item2)         release_thing2(item2);     if (stuff_ok)         unregister_stuff();     return; } int __init my_init(void) {     int err = -ENOMEM;     item1 = allocate_thing(arguments);     item2 = allocate_thing2(arguments2);     if (!item2 || !item2)         goto fail;     err = register_stuff(item1, item2);     if (!err)         stuff_ok = 1;     else         goto fail;     return 0; /* success */  fail:         my_cleanup( );         return err; }

   

模块参数
内核允许对驱动程序指定参数，而这些参数可在装载驱动程序模块时改变。
以下是我的实验程序：

#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/moduleparam.h> MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); static char *whom = "Tekkaman Ninja"; static int howmany = 1; static int TNparam[] = {1,2,3,4}; static int TNparam_nr = 4; module_param(howmany, int, S_IRUGO); module_param(whom, charp, S_IRUGO); module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO); static int hello_init(void) {     int i;     for (i = 0; i < howmany; i++)         printk(KERN_ALERT "(%d) Hello, %s ！\n", i, whom);     for (i = 0; i < 8; i++)         printk(KERN_ALERT "TNparam[%d] : %d \n", i, TNparam[i]);     return 0; } static void hello_exit(void) {     printk(KERN_ALERT "Goodbye, Tekkaman Ninja ！\n Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);

   
实验结果是 ：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/ [Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls cs89x0.ko hello.ko prism2_usb.ko hello-param.ko p80211.ko [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1 (0) Hello, KeKe ！ (1) Hello, KeKe ！ TNparam[0] : 4 TNparam[1] : 3 TNparam[2] : 2 TNparam[3] : 1 TNparam[4] : 1836543848 TNparam[5] : 7958113 TNparam[6] : 1836017783 TNparam[7] : 0 [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe"  TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8 TNparam: can only take 4 arguments hello_param: `4' invalid for parameter `TNparam' insmod: cannot insert 'hello-param.ko': Invalid parameters (-1): Invalid argument [Tekkaman2440@SBC2440V4]#

   
我这个实验除了对参数的改变进行实验外，我的一个重要的目的是测试“module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO);”中&TNparam_nr对输入参数数目的限制作用。经过我的实验，表明&TNparam_nr并没有对输入参数的数目起到限制作用。真正起到限制作用的是“static int TNparam[] = {1,2,3,4};”本身定义的大小，我将程序进行修改：

static int TNparam[] = {1,2,3,4}; 

 改为 static int TNparam[] = {1,2,3,4,5,6,7,8};

其他都不变。

编译后再进行实验，其结果是：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8 (0) Hello, KeKe ！ (1) Hello, KeKe ！ TNparam[0] : 4 TNparam[1] : 3 TNparam[2] : 2 TNparam[3] : 1 TNparam[4] : 5 TNparam[5] : 6 TNparam[6] : 7 TNparam[7] : 8 [Tekkaman2440@SBC2440V4]#

（15）“#include <
linux/sched.h
>”  最重要的头文件之一。包含驱动程序使用的大部分内核API的定义，包括睡眠函数以及各种变量声明。
（16）“#include <
linux/version.h
>” 包含所构造内核版本信息的头文件。
在学习过程中找到了几篇很好的参考文档：
（1）第一章 模块（Modules） URL：http://greenlinux.blogcn.com/diary,103232026.shtml
（2）《从 2.4 到 2.6：Linux 内核可装载模块机制的改变对设备驱动的影响》
URL：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-module26/
（3）《Linux2.6内核驱动移植参考》
URL：http://blog.chinaunix.net/u1/40912/showart_377391.html