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分类: LINUX

2007-10-25 10:23:07

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openclosereadwrite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readwrite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。

àinsmod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。

àLinux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

 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");

 

1.   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>

2.   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

3.   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.komake 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.cfile2.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。

5.   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]#
 

6.   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:
  1. #include <linux/init.h>
  2. #include <linux/module.h>
  3. #include <linux/moduleparam.h>

  4. static char *whom = "Tekkaman";
  5. static int howmany = 1;
  6. static int param_array[] = {0,0,0,0};
  7. static int param_array_nr;
  8. module_param(howmany, int, S_IRUGO);
  9. module_param(whom, charp, S_IRUGO);
  10. module_param_array(param_array , int , &param_array_nr , S_IRUGO);

  11. static int hello_init(void)
  12. {
  13.     int i;

  14.         printk(KERN_ALERT "Hello, Linux !\n");
  15.         
  16.     for (i = 0; i < howmany; i++)    {
  17.         printk(KERN_ALERT "(%d) Hello, %s\n", i, whom);
  18.     }
  19.         
  20.     for (i = 0; i < param_array_nr; i++)    {
  21.         printk(KERN_ALERT "param_array[%d] : %d \n", i, param_array[i]);
  22.     }
  23.         
  24.             return 0;
  25. }

  26. static void hello_exit(void)
  27. {
  28.         printk(KERN_ALERT "Goodbye, Linux !\n");
  29. }

  30. module_init(hello_init);
  31. module_exit(hello_exit);

  32. EXPORT_SYMBOL(hello_init);

  33. MODULE_DESCRIPTION("hello_linux test module");
  34. MODULE_ALIAS("hello_world");
  35. MODULE_INFO(tekkaman, "ninja");
  36. MODULE_VERSION("v1.0");
  37. MODULE_AUTHOR("Tekkaman");
  38. MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
实验结果是 :
  1. root@tekkaman:~# ls
  2.  hello_linux.ko
  3. root@tekkaman:~# insmod hello_linux.ko param_array=9,8,7
  4. Hello, Linux !
  5. (0) Hello, Tekkaman
  6. param_array[0] : 9
  7. param_array[1] : 8
  8. param_array[2] :
  9. root@tekkaman:~# rmmod hello_linux.ko
  10. Goodbye, Linux !
  11. root@tekkaman:~# insmod hello_linux.ko param_array=9,8
  12. Hello, Linux !
  13. (0) Hello, Tekkaman
  14. param_array[0] : 9
  15. param_array[1] :
  16. root@tekkaman:~# rmmod hello_linux.ko
  17. Goodbye, Linux !
  18. root@tekkaman:~# insmod hello_linux.ko param_array=9,8,7,6
  19. Hello, Linux !
  20. (0) Hello, Tekkaman
  21. param_array[0] : 9
  22. param_array[1] : 8
  23. param_array[2] : 7
  24. param_array[3] : 6
  25. root@tekkaman:~# rmmod hello_linux.ko
  26. Goodbye, Linux !
  27. root@tekkaman:~# insmod hello_linux.ko param_array=9,8,7,6,5
  28. param_array: can only take 4 arguments
  29. hello_linux: `9' invalid for parameter `param_array'
  30. insmod: error inserting 'hello_linux.ko': -1 Invalid parameters
module_param_array(param_array , int , &param_array_nr , S_IRUGO);”中
&param_array_nr是用于保存模块加载时输入数组参数的成员数目的。
以前我错误的以为这个是输入参数,其实这个用于内核模块加载器输出的。


(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

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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