深入淺出linux設(shè)備驅(qū)動編程
Linux設(shè)備驅(qū)動屬于內(nèi)核的一部分,Linux內(nèi)核的一個模塊可以以兩種方式被編譯和加載:
(1)直接編譯進Linux內(nèi)核,隨同Linux啟動時加載;
(2)編譯成一個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的時候運行,后者在rmmod的時候運行。初始化與卸載函數(shù)必須在宏module_init和module_exit使用前定義,否則會出現(xiàn)編譯錯誤。
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運行時加載和刪除的模塊,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,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。
我們有必要補充一下Linux內(nèi)核編程的一些基本知識:
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)申請和釋放內(nèi)存。進行內(nèi)核編程時,最常用的內(nèi)存申請和釋放函數(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)程序里申請內(nèi)存則要用GFP_ATOMIC參數(shù),因為使用GFP_KERNEL參數(shù)可能會引起睡眠,不能用于非進程上下文中(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對方的內(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)存管理的更多細節(jié)知識,我們會在本文第9節(jié)《內(nèi)存與I/O操作》進行更加深入地介紹。
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)計目的并不是為了和用戶交流,它實際上是內(nèi)核的一種日志機制,用來記錄下日志信息或者給出警告提示。
每個printk都會有個優(yōu)先級,內(nèi)核一共有8個優(yōu)先級,它們都有對應(yīng)的宏定義。如果未指定優(yōu)先級,內(nèi)核會選擇默認的優(yōu)先級 DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果優(yōu)先級數(shù)字比int console_loglevel變量小的話,消息就會打印到控制臺上。如果syslogd和klogd守護進程在運行的話,則不管是否向控制臺輸出,消息都會被追加進/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 用于表示當參數(shù)為數(shù)組類型時,允許輸入的數(shù)組元素的個數(shù)范圍;b:byte;h:short;i:int;l:long;s:string。
在裝載內(nèi)核模塊時,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。