Android应用程序访问linux驱动第一步：实现并测试Linux驱动

一直都想亲自做一次使用android应用程序访问Linux内核驱动的尝试，但总是没能做到。最近抽出时间，下决心重新尝试一次。尝试的开始当然是先写一个Linux内核驱动了。
我希望写一个简单测驱动程序，实现写一个字符串进去，然后再把它读出来的功能。驱动中会创建dev/hello设备节点和/sys/class/hello/hello/val 设备节点，没有实现proc/下的对应的设备节点。/sys/class/hello/hello/val 主要用于快速测试，而dev/hello则主要用于供上层应用调用。
这篇博客参考了老罗的android之旅相关博客：http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6568411。

一。驱动源码

代码我已经在android6.0的linux kernel上测试过了，代码中有响应的注释，所以这里直接贴出代码：

hello.c

文件如下：

#include <linux/init.h> 
#include <linux/module.h> 
#include <linux/types.h> 
#include <linux/fs.h> 
#include <linux/proc_fs.h> 
#include <linux/device.h> 

#include <linux/sched.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/fcntl.h>

#include <linux/poll.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/workqueue.h>

#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>


#include "hello.h" 

/*定义主设备和从设备号变量*/  
static int hello_major = 0;  
static int hello_minor = 0;  

/*设备类别和设备变量*/  
static struct class* hello_class = NULL;  
static struct hello_test_dev* hello_dev = NULL;  

/*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 count, loff_t* f_pos);  
static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);  

/*设备文件操作方法表*/  
static struct file_operations hello_fops = {  
    .owner = THIS_MODULE,  
    .open = hello_open,  
    .release = hello_release,  
    .read = hello_read,  
    .write = hello_write,   
};  

/*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);  

/*定义设备属性*/  
static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store); 

/*打开设备方法*/  
static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) {  
    struct hello_test_dev* dev;          

    /*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中，以便访问设备时拿来用*/  
    dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_test_dev, dev);  
    filp->private_data = dev;  

    return 0;  
}  

/*设备文件释放时调用，空实现*/  
static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) {  
    return 0;  
}  

/*读内存*/  
static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {  
    ssize_t err = 0;  
    struct hello_test_dev* dev = filp->private_data;          

    /*同步访问*/  
    if(down_interruptible(&(dev->sem))) {  
        return -ERESTARTSYS;  
    }  

    if(count < sizeof(dev->val)) {  
        goto out;  
    }          

    /*读字符串*/  
    if(copy_to_user(buf, dev->val, sizeof(dev->val))) {  
        err = -EFAULT;  
        goto out;  
    }  

    err = sizeof(dev->val);  

out:  
    up(&(dev->sem));  
    return err;  
}  

/*写字符串*/  
static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {  
    struct hello_test_dev* dev = filp->private_data;  
    ssize_t err = 0;          

    /*同步访问*/  
    if(down_interruptible(&(dev->sem))) {  
        return -ERESTARTSYS;          
    }          

    if(count != sizeof(dev->val)) {  
        goto out;          
    }          

    /*将用户写进来的字符串保存到驱动的内存中*/  
    if(copy_from_user(dev->val, buf, count)) {  
        err = -EFAULT;  
        goto out;  
    }  

    err = sizeof(dev->val);  

out:  
    up(&(dev->sem));  
    return err;  
}  


/*写字符串到内存*/  
static ssize_t __hello_set_val(struct hello_test_dev* dev, const char* buf, size_t count) {       

    /*同步访问*/          
    if(down_interruptible(&(dev->sem))) {                  
        return -ERESTARTSYS;          
    }          
    printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.buf: %s count:%d\n",buf,count);
    printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.dev->val: %s count:%d\n",dev->val,count);
    strncpy(dev->val,buf, count);
    printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.dev->val: %s count:%d\n",dev->val,count);
    up(&(dev->sem));  

    return count;  
}  

/*读取设备属性val*/  
static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf) {  
    struct hello_test_dev* hdev = (struct hello_test_dev*)dev_get_drvdata(dev);          
    printk(KERN_ALERT"hello_val_show.\n");
    printk(KERN_ALERT"%s\n",hdev->val);
    return 0;
}  

/*写设备属性val*/  
static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count) {   
    struct hello_test_dev* hdev = (struct hello_test_dev*)dev_get_drvdata(dev);    
    printk(KERN_ALERT"hello_val_store.buf: %s count:%d\n",buf,count);

    return __hello_set_val(hdev, buf, count);  
}  


/*初始化设备*/  
static int  __hello_setup_dev(struct hello_test_dev* dev) {  
    int err;  
    dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);  

    memset(dev, 0, sizeof(struct hello_test_dev));  

    cdev_init(&(dev->dev), &hello_fops);  
    dev->dev.owner = THIS_MODULE;  
    dev->dev.ops = &hello_fops;          

    /*注册字符设备*/  
    err = cdev_add(&(dev->dev),devno, 1);  
    if(err) {  
        return err;  
    }          

    /*初始化信号量和寄存器val的值*/  
    init_MUTEX(&(dev->sem));  
    dev->val = kmalloc(10,GFP_KERNEL);  
    strncpy(dev->val,"hello",sizeof("hello"));
    return 0;  
}  

/*模块加载方法*/  
static int __init hello_init(void){   
    int err = -1;  
    dev_t dev = 0;  
    struct device* temp = NULL;  

    printk(KERN_ALERT"hello_init.\n");          

    /*动态分配主设备和从设备号*/  
    err = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, HELLO_DEVICE_NODE_NAME);  
    if(err < 0) {  
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc char dev region.\n");  
        goto fail;  
    }  

    hello_major = MAJOR(dev);  
    hello_minor = MINOR(dev);          

    /*分配helo设备结构体变量*/  
    hello_dev = kmalloc(sizeof(struct hello_test_dev), GFP_KERNEL);  
    if(!hello_dev) {  
        err = -ENOMEM;  
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc hello_dev.\n");  
        goto unregister;  
    }          

    /*初始化设备*/  
    err = __hello_setup_dev(hello_dev);  
    if(err) {  
        printk(KERN_ALERT"Failed to setup dev: %d.\n", err);  
        goto cleanup;  
    }          

    /*在/sys/class/目录下创建设备类别目录hello*/  
    hello_class = class_create(THIS_MODULE, HELLO_DEVICE_CLASS_NAME);  
    if(IS_ERR(hello_class)) {  
        err = PTR_ERR(hello_class);  
        printk(KERN_ALERT"Failed to create hello class.\n");  
        goto destroy_cdev;  
    }          

    /*在/dev/目录和/sys/class/hello目录下分别创建设备文件hello*/  
    temp = device_create(hello_class, NULL, dev, "%s", HELLO_DEVICE_FILE_NAME);  
    if(IS_ERR(temp)) {  
        err = PTR_ERR(temp);  
        printk(KERN_ALERT"Failed to create hello device.");  
        goto destroy_class;  
    }          

    /*在/sys/class/hello/hello目录下创建属性文件val*/  
    err = device_create_file(temp, &dev_attr_val);  
    if(err < 0) {  
        printk(KERN_ALERT"Failed to create attribute val.");                  
        goto destroy_device;  
    }  

    dev_set_drvdata(temp, hello_dev);          

    printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize hello device.\n");  
    return 0;  

destroy_device:  
    device_destroy(hello_class, dev);  

destroy_class:  
    class_destroy(hello_class);  

destroy_cdev:  
    cdev_del(&(hello_dev->dev));  

cleanup:  
    kfree(hello_dev);  

unregister:  
    unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major, hello_minor), 1);  

fail:  
    return err;  
}  

/*模块卸载方法*/  
static void __exit hello_exit(void) {  
    dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);  

    printk(KERN_ALERT"hello_exit\n");          

    /*销毁设备类别和设备*/  
    if(hello_class) {  
        device_destroy(hello_class, MKDEV(hello_major, hello_minor));  
        class_destroy(hello_class);  
    }          

    /*删除字符设备和释放设备内存*/  
    if(hello_dev) {  
        cdev_del(&(hello_dev->dev));  
        kfree(hello_dev);  
    }          
    if(hello_dev->val != NULL){
     kfree(hello_dev->val);
    }
    /*释放设备号*/  
    unregister_chrdev_region(devno, 1);  
}  

MODULE_LICENSE("GPL");  
MODULE_DESCRIPTION("Test Driver");  

module_init(hello_init);  
module_exit(hello_exit);  

hello.h

文件如下：

#ifndef _HELLO_TEST_H_ 
#define _HELLO_ANDROID_H_ 

#include <linux/cdev.h> 
#include <linux/semaphore.h> 

#define HELLO_DEVICE_NODE_NAME "hello" 
#define HELLO_DEVICE_FILE_NAME "hello" 
#define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello" 

struct hello_test_dev {  
    char * val;  
    struct semaphore sem;  
    struct cdev dev;  
};  

#endif 

二。编译驱动

在linux源码目录的driver下新建hello目录，把hello.c和hello.h文件放入其中。新增Makefile和Kconfig文件：

1.Makefile,用于编译驱动

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o

2.Kconfig

       config HELLO
           tristate "Test Driver"
           default n
           help
           This is the test driver.

3修改driver目录下的Makefile:

添加如下一项：

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/

4.修改driver目录下的Kconfig

添加如下一项：

source "drivers/hello/Kconfig"

5.make menuconfig

如果对编译linux kernel不熟悉请自行百度。
配置界面如下：

可以看到这里出现了我们在Kconfig中添加的Test Driver选项，我们把它选择成以模块的形式编译，这更有利于我们的测试，这样我们就不需要重新少些linux kernel了。Android的linux kernel一般是打包进boot.img文件的，如果想把模块编译进Linux内核，并且重写烧写linux kernel ，建议把kernel放到out/target/product/xxx/目录下，然后使用make bootimage-nodeps能快速生成boot.img文件，具体kernel放置的位置还需要看android编译系统相关配置，这里就不深究了。

6.make -j16

执行make -j16(-j16标示使用16个cpu来编译，只是个请求)，这个过程还是很快的，几分钟就可以编译成功。编译后的hello目录如下：

可以看到生成了hello.ko文件。

三.使用/sys/class/hello/hello/val 进行测试

1.把hello.ko拷贝到android设备上

建议直接使用adb push hello.ko /data 即可，也可以用U盘拷贝。总之，把它放到android设备上。

2.装载驱动

cd /data
insmod hello.ko
这个时候可以看到/dev/hello /sys/class/hello/hello/val文件已经出现

3.测试

输入命令：echo haha > val
打印如下：
[ 9641.053505] hello_val_store.buf: haha
[ 9641.053505] count:5
[ 9641.060167] __hello_set_val.buf: haha
[ 9641.060167] count:5
[ 9641.066841] __hello_set_val.dev->val: hello count:5
[ 9641.073088] __hello_set_val.dev->val: haha
[ 9641.073088] count:5
可以看到数据已经写入，
使用cat val 读取：
打印如下：
[ 9644.953496] hello_val_show.
[ 9644.957127] haha
[ 9644.957127]
可以看到haha打印出来了，书名写入是成功的。

四.使用/dev/hello测试

首先在android源码的packages目录下新建一个hellotest目录，该目录下新建hellotest.c和Android.mk两个文件。

1.hellotest.c

这个文件用来打开/dev/hello文件并尝试读和写字符串操作，并打印相关信息，源码如下：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <fcntl.h> 
#define HELLO_DEVICE "/dev/hello" 
int main(int argc, char** argv)  
{  
    int fd = -1;  
    char * str = malloc(10);
    //打开/dev/hello
    fd = open(HELLO_DEVICE, O_RDWR);  
    if(fd == -1) {  
        printf("Failed to open device %s.\n", HELLO_DEVICE);  
        return -1;  
    }  

    printf("Read original value:\n"); 
    //先读一次数据看看
    read(fd, str, 10);  
    printf("read data: %s\n", str);  
    strncpy(str,"nihao",sizeof("nihao"));  
    printf("write nihao\n");  
    //写nihao进去
    write(fd, str, sizeof(str));  

    printf("Read the value again:\n");  
    //读看看是不是nihao
        read(fd, str, 10);  
        printf("read data: %s\n", str);  
    close(fd);  
    return 0;  
}  

2.Android.mk

android下编译应用程序使用Android.mk还是很方便的：

      LOCAL_PATH := $(call my-dir)

      include $(CLEAR_VARS)

      LOCAL_MODULE_TAGS := optional

      LOCAL_MODULE := hellotest

      LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-c-files)

      include $(BUILD_EXECUTABLE)

3.编译

执行mm命令即可
编译后的文件在out/target/product/xxx/obj/EXECUTABLES/hellotest_intermediates/目录下，该目录编译后如图：

关于mm命令编译执行文件的过程，可以参考我的这篇博客： Android编译系统<二>-mm编译单个模块

4.测试

使用adb push hellotest /data把hellotest 推送到android设备上来，然后chmod +x hellotest添加可执行权限。
最后./hellotest
打印如下：

Read original value:
read data: hell
write nihao
Read the value again:
read data: nihao

可见测试成功。