深入淺出linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程

Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)屬于內(nèi)核的一部分，Linux內(nèi)核的一個(gè)模塊可以以兩種方式被編譯和加載：

(1)直接編譯進(jìn)Linux內(nèi)核，隨同Linux啟動(dòng)時(shí)加載;

(2)編譯成一個(gè)可加載和刪除的模塊，使用insmod加載(modprobe和insmod命令類似，但依賴于相關(guān)的配置文件)，rmmod刪除。這種方式控制了內(nèi)核的大小，而模塊一旦被插入內(nèi)核，它就和內(nèi)核其他部分一樣。

下面我們給出一個(gè)內(nèi)核模塊的例子：

#include //所有模塊都需要的頭文件

#include // init&exit相關(guān)宏

MODULE_LICENSE("GPL");

static int __init hello_init (void)

{

printk("Hello module init\n");

return 0;

}

static void __exit hello_exit (void)

{

printk("Hello module exit\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

分析上述程序，發(fā)現(xiàn)一個(gè)Linux內(nèi)核模塊需包含模塊初始化和模塊卸載函數(shù)，前者在insmod的時(shí)候運(yùn)行，后者在rmmod的時(shí)候運(yùn)行。初始化與卸載函數(shù)必須在宏module_init和module_exit使用前定義，否則會(huì)出現(xiàn)編譯錯(cuò)誤。

程序中的MODULE_LICENSE("GPL")用于聲明模塊的許可證。

如果要把上述程序編譯為一個(gè)運(yùn)行時(shí)加載和刪除的模塊，則編譯命令為：

gcc -D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX -I /usr/local/src/linux2.4/include -c -o hello.o hello.c

由此可見(jiàn)，Linux內(nèi)核模塊的編譯需要給gcc指示-D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX參數(shù)。-I選項(xiàng)跟著Linux內(nèi)核源代碼中Include目錄的路徑。

下列命令將可加載hello模塊：

insmod ./hello.o

下列命令完成相反過(guò)程：

rmmod hello

如果要將其直接編譯入Linux內(nèi)核，則需要將源代碼文件拷貝入Linux內(nèi)核源代碼的相應(yīng)路徑里，并修改Makefile。

我們有必要補(bǔ)充一下Linux內(nèi)核編程的一些基本知識(shí)：

內(nèi)存

在Linux內(nèi)核模式下，我們不能使用用戶態(tài)的malloc()和free()函數(shù)申請(qǐng)和釋放內(nèi)存。進(jìn)行內(nèi)核編程時(shí)，最常用的內(nèi)存申請(qǐng)和釋放函數(shù)為在include/linux/kernel.h文件中聲明的kmalloc()和kfree()，其原型為：

void *kmalloc(unsigned int len, int priority);

void kfree(void *__ptr);

kmalloc的priority參數(shù)通常設(shè)置為GFP_KERNEL，如果在中斷服務(wù)程序里申請(qǐng)內(nèi)存則要用GFP_ATOMIC參數(shù)，因?yàn)槭褂肎FP_KERNEL參數(shù)可能會(huì)引起睡眠，不能用于非進(jìn)程上下文中(在中斷中是不允許睡眠的)。

由于內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)使用不同的內(nèi)存定義，所以二者之間不能直接訪問(wèn)對(duì)方的內(nèi)存。而應(yīng)該使用Linux中的用戶和內(nèi)核態(tài)內(nèi)存交互函數(shù)(這些函數(shù)在include/asm/uaccess.h中被聲明)：

unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);

unsigned long copy_to_user (void * to, void * from, unsigned long len);

copy_from_user、copy_to_user函數(shù)返回不能被復(fù)制的字節(jié)數(shù)，因此，如果完全復(fù)制成功，返回值為0。

include/asm/uaccess.h中定義的put_user和get_user用于內(nèi)核空間和用戶空間的單值交互(如char、int、long)。

這里給出的僅僅是關(guān)于內(nèi)核中內(nèi)存管理的皮毛，關(guān)于Linux內(nèi)存管理的更多細(xì)節(jié)知識(shí)，我們會(huì)在本文第9節(jié)《內(nèi)存與I/O操作》進(jìn)行更加深入地介紹。

輸出

在內(nèi)核編程中，我們不能使用用戶態(tài)C庫(kù)函數(shù)中的printf()函數(shù)輸出信息，而只能使用printk()。但是，內(nèi)核中printk()函數(shù)的設(shè)計(jì)目的并不是為了和用戶交流，它實(shí)際上是內(nèi)核的一種日志機(jī)制，用來(lái)記錄下日志信息或者給出警告提示。

每個(gè)printk都會(huì)有個(gè)優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核一共有8個(gè)優(yōu)先級(jí)，它們都有對(duì)應(yīng)的宏定義。如果未指定優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核會(huì)選擇默認(rèn)的優(yōu)先級(jí) DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果優(yōu)先級(jí)數(shù)字比int console_loglevel變量小的話，消息就會(huì)打印到控制臺(tái)上。如果syslogd和klogd守護(hù)進(jìn)程在運(yùn)行的話，則不管是否向控制臺(tái)輸出，消息都會(huì)被追加進(jìn)/var/log/messages文件。klogd 只處理內(nèi)核消息，syslogd 處理其他系統(tǒng)消息，比如應(yīng)用程序。

模塊參數(shù)

2.4內(nèi)核下，include/linux/module.h中定義的宏MODULE_PARM(var,type) 用于向模塊傳遞命令行參數(shù)。var為接受參數(shù)值的變量名，type為采取如下格式的字符串[min[-max]]{b,h,i,l,s}。min及max 用于表示當(dāng)參數(shù)為數(shù)組類型時(shí)，允許輸入的數(shù)組元素的個(gè)數(shù)范圍;b：byte;h：short;i：int;l：long;s：string。

在裝載內(nèi)核模塊時(shí)，用戶可以向模塊傳遞一些參數(shù)：

insmod modname var=value

如果用戶未指定參數(shù)，var將使用模塊內(nèi)定義的缺省值。