linux 驅(qū)動編寫

前言：

 昨天我們說了一些簡單模塊編寫方法，但是終歸沒有涉及到設(shè)備的編寫內(nèi)容，今天我們就可以了解一下相關(guān)方面的內(nèi)容，并且用一個實例來說明在Linux上面設(shè)備是如何編寫的。雖然我不是專門做linux驅(qū)動的，卻也經(jīng)常收到一些朋友們的來信。在信件中，很多做驅(qū)動的朋友對自己的工作不是很滿意，認為自己的工作就是把代碼拷貝來拷貝去，或者說是改來改去，沒有什么技術(shù)含量。有這種想法的朋友不在少數(shù)，我想這主要還是因為他們對自己的工作缺少了解導(dǎo)致。如果有可能，我們可以問問自己這樣幾個問題：

    （1）我真的搞懂設(shè)備的開發(fā)驅(qū)動流程了嗎？我是否可以從0開始，編寫一個獨立的驅(qū)動代碼呢？
    （2）我真的了解設(shè)備的初始化、關(guān)閉、運行的流程嗎？
    （3）當(dāng)前的設(shè)備驅(qū)動流程是否合理，有沒有可以改進的地方？
    （4）對于內(nèi)核開發(fā)中涉及的api調(diào)用，我自己是否真正了解、是否明白它們在使用上有什么區(qū)別？
    （5）如果我要驅(qū)動的設(shè)備只是在一個前后臺系統(tǒng)中運行，在沒有框架幫助的情況下，我是否有信心把它啟動和運行起來？

    當(dāng)然，上面的內(nèi)容只是我個人的想法，也不一定都正確。但是，知其然，更要知其所以然，熟悉了當(dāng)前開發(fā)流程的優(yōu)缺點才能真正掌握和了解驅(qū)動開發(fā)的本質(zhì)。這聽上去有些玄乎，其實也很簡單，就是要有一種刨根問底、不斷改進的精神，這樣才能做好自己的工作。因為我們是在pc linux上學(xué)習(xí)驅(qū)動的，因此暫時沒有真實的外接設(shè)備可以使用，但是這絲毫不影響我們學(xué)習(xí)的熱情。通過定時器、進程，我們可以仿真出真實設(shè)備的各種需求，所以對于系統(tǒng)來說，它是無所謂真設(shè)備、假設(shè)備的，基本的處理流程對它來說都是一樣的。只要大家一步一步做下去，肯定可以了解linux驅(qū)動設(shè)備的開發(fā)工程的。

    下面，為了說明問題，我們可以編寫一段簡單的char設(shè)備驅(qū)動代碼，文件名為char.c，

#include <linux/module.h> 
#include <linux/kernel.h> 
#include <linux/fs.h> 
#include <linux/cdev.h> 
 
static struct cdev chr_dev; 
static dev_t ndev; 
 
static int chr_open(struct inode* nd, struct file* filp) 
{ 
  int major ; 
  int minor; 
   
  major = MAJOR(nd->i_rdev); 
  minor = MINOR(nd->i_rdev); 
   
  printk("chr_open, major = %d, minor = %d\n", major, minor); 
  return 0; 
} 
 
static ssize_t chr_read(struct file* filp, char __user* u, size_t sz, loff_t* off) 
{ 
  printk("chr_read process!\n"); 
  return 0; 
} 
 
struct file_operations chr_ops = { 
  .owner = THIS_MODULE, 
  .open = chr_open, 
  .read = chr_read 
}; 
 
static int demo_init(void) 
{ 
  int ret; 
   
  cdev_init(&chr_dev, &chr_ops); 
  ret = alloc_chrdev_region(&ndev, 0, 1, "chr_dev"); 
  if(ret < 0 ) 
  { 
    return ret; 
  } 
   
  printk("demo_init(): major = %d, minor = %d\n", MAJOR(ndev), MINOR(ndev)); 
  ret = cdev_add(&chr_dev, ndev, 1); 
  if(ret < 0) 
  { 
    return ret; 
  } 
   
  return 0; 
} 
 
static void demo_exit(void) 
{ 
  printk("demo_exit process!\n"); 
  cdev_del(&chr_dev); 
  unregister_chrdev_region(ndev, 1); 
} 
 
module_init(demo_init); 
module_exit(demo_exit); 
 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("feixiaoxing@163.com"); 
MODULE_DESCRIPTION("A simple device example!"); 

    在module_init中的函數(shù)是模塊加載時處理的函數(shù)，而模塊卸載的函數(shù)則是在module_exit中。每一個設(shè)備都要對應(yīng)一個基本的設(shè)備數(shù)據(jù)，當(dāng)然為了使得這個設(shè)備注冊在整個系統(tǒng)當(dāng)中，我們還需要分配一個設(shè)備節(jié)點，alloc_chrdev_region就完成這樣一個功能。等到cdev_add的時候，整個設(shè)備注冊的過程就全部完成了，就是這么簡單。當(dāng)然為了編寫這個文件，我們還需要編寫一個Makefile文件，

ifneq ($(KERNELRELEASE),) 
obj-m := char.o 
 
else 
PWD := $(shell pwd) 
KVER := $(shell uname -r) 
KDIR := /lib/modules/$(KVER)/build 
all: 
  $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules 
clean: 
  rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions modules.* Module.* 
endif 

    這個Makefile文件和我們之前編寫的makefile基本上沒有區(qū)別，唯一的區(qū)別就是文件名稱改成了char.o，僅此而已。為了編寫模塊，我們直接輸入make即可。這時候，char.ko文件就可以生成了。然后，模塊需要被注冊在系統(tǒng)當(dāng)中，insmod char.ko是少不了的。如果此時，我們還不確信是否模塊已經(jīng)加入到系統(tǒng)當(dāng)中，完全可以通過輸入lsmod | grep char進行查找和驗證。為了創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點，我們需要知道設(shè)備為我們創(chuàng)建的major、minor數(shù)值是多少，所以dmesg | tail 查找一下數(shù)值。在我hp的機器上，這兩個數(shù)值分別是249和0，所以下面可以利用它們直接創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點了，輸入mknod /dev/chr_dev c 249 0即可，此時可以輸入ls /dev/chr_dev驗證一下。那么，按照這種方法，真的可以訪問這個虛擬設(shè)備了嗎，我們可以編寫一段簡單的代碼驗證一下，

#include <stdio.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <unistd.h> 
 
#define CHAR_DEV_NAME "/dev/chr_dev" 
 
int main() 
{ 
  int ret; 
  int fd; 
  char buf[32]; 
 
  fd = open(CHAR_DEV_NAME, O_RDONLY | O_NDELAY); 
  if(fd < 0) 
  { 
    printf("open failed!\n"); 
    return -1; 
  } 
   
  read(fd, buf, 32); 
  close(fd); 
   
  return 0; 
} 

    代碼的內(nèi)容非常簡單，就是利用CHAR_DEV_NAME直接打開設(shè)備，讀寫設(shè)備。當(dāng)然。首先還是需要對這個文件進行編譯，文件名為test.c，輸入gcc test.c -o test，其次就是運行這個文件，直接輸入./test即可。如果沒有問題的話，那么說明我們的代碼是ok的，但是我們還是沒有看到任何內(nèi)容。沒關(guān)系，我們還是通過dmesg這個命令查看內(nèi)核中是否存在相關(guān)的打印內(nèi)容，直接輸入dmesg | tail即可。此時如果沒有意外的話，我們就可以看到之前在chr_open和chr_read中留下的printk打印，這說明我們的代碼完全是ok的。

    上面的代碼只是一段小例子，真實的內(nèi)容要比這復(fù)雜一下。不過既然我們都已經(jīng)入門了，那么后面的內(nèi)容其實也沒有什么好怕的了。最后有兩個事情補充一下：（1）如果大家在創(chuàng)建節(jié)點后想刪除設(shè)備節(jié)點，直接rm -rf /dev/chr_dev即可；（2）上面這段代碼的原型來自于《深入linux設(shè)備驅(qū)動程序內(nèi)核機制》這本書，稍作修改，如果大家對內(nèi)核機制的內(nèi)容感興趣，可以參考這本書的內(nèi)容。

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