linux设备驱动学习0.docx
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linux设备驱动学习0
Linux设备驱动程序学习（0）
－设备驱动介绍&Hello,world！
模块
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：
--[endif]-->模块结构介绍
利用Linux设备驱动程序的第一个例程：
HelloWorld模块了解内核驱动模块的结构。
#include
#include
static int hello_init（void）
{
printk（KERN_ALERT "Hello,TekkamanNinja！
\n"）;
return 0;
}
static void hello_exit（void）
{
printk（KERN_ALERT "Goodbye,TekkamanNinja！
\nLoveLinux!
LoveARM!
LoveKeKe!
\n"）;
}
module_init（hello_init）;
module_exit（hello_exit）;
MODULE_LICENSE（"DualBSD/GPL"）;
--[if!
supportLists]-->1．
--[endif]-->所有模块代码中都包含一下两个头文件：
#include
#include
--[if!
supportLists]-->2．
--[endif]-->所有模块代码都应该指定所使用的许可证：
MODULE_LICENSE（"DualBSD/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 :
= $（shellpwd）
INSTALLDIR=/home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules
CROSS_COMPILE =arm-9tdmi-linux-gnu-
CC = $（CROSS_COMPILE）gcc
obj-m :
= hello.o
.PHONY:
modulesmodules_installclean
modules:
$（MAKE） -C$（KERNELDIR） M=$（PWD） modules
modules_install:
cphello.ko$（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.ofile2.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-NinjaHelloworld]#makemodules
make-C/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2M=/home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworldmodules
make[1]:
Enteringdirectory`/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
CC[M] /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.o
Buildingmodules,stage2.
MODPOST1modules
CC /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.mod.o
LD[M] /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.ko
make[1]:
Leavingdirectory`/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
[root@Tekkaman-NinjaHelloworld]#makemodules_install
cphello.ko/home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules
[root@Tekkaman-NinjaHelloworld]#
--[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.koprism2_usb.ko
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmodhello.ko
Hello,TekkamanNinja！
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod
ModuleSizeUsedbyNottainted
hello13760
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmodhello
Goodbye,TekkamanNinja！
LoveLinux!
LoveARM!
LoveKeKe!
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod
ModuleSizeUsedbyNottainted
[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：
structsomething*item1;
structsomethingelse*item2;
intstuff_ok;
voidmy_cleanup（void）
{
if（item1）
release_thing（item1）;
if（item2）
release_thing2（item2）;
if（stuff_ok）
unregister_stuff（）;
return;
}
int__initmy_init（void）
{
interr=-ENOMEM;
item1=allocate_thing（arguments）;
item2=allocate_thing2（arguments2）;
if（!
item2||!
item2）
gotofail;
err=register_stuff（item1,item2）;
if（!
err）
stuff_ok=1;
else
gotofail;
return0;/*success*/
fail:
my_cleanup（）;
returnerr;
}
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
#include
#include
MODULE_LICENSE（"DualBSD/GPL"）;
staticchar*whom="TekkamanNinja";
staticinthowmany=1;
staticintTNparam[]={1,2,3,4};
staticintTNparam_nr=4;
module_param（howmany,int,S_IRUGO）;
module_param（whom,charp,S_IRUGO）;
module_param_array（TNparam,int,&TNparam_nr,S_IRUGO）;
staticinthello_init（void）
{
inti;
for（i=0;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]）;
return0;
}
staticvoidhello_exit（void）
{
printk（KERN_ALERT"Goodbye,TekkamanNinja！
\nLoveLinux!
LoveARM!
LoveKeKe!
\n"）;
}
module_init（hello_init）;
module_exit（hello_exit）;
实验结果是：
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd/lib/modules/
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls
cs89x0.kohello.koprism2_usb.ko
hello-param.kop80211.ko
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmodhello-param.kohowmany=2whom="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]#insmodhello-param.kohowmany=2whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8
TNparam:
canonlytake4arguments
hello_param:
`4'invalidforparameter`TNparam'
insmod:
cannotinsert'hello-param.ko':
Invalidparameters（-1）:
Invalidargument
[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“staticintTNparam[]={1,2,3,4};”本身定义的大小，我将程序进行修改：
staticintTNparam[]={1,2,3,4};
改为staticintTNparam[]={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]#insmodhello-param.kohowmany=2whom="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” 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”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：
（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：
（3）《Linux2.6内核驱动移植参考》
URL：
以上就是我对《Linux设备驱动程序（第3版）》的《第二章构造和运行模块》的学习总结。
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