linux设备驱动之hello

这段时间对linux设备驱动的学习以及写了某些设备的驱动程序，让我对linux设备驱动的运行机制有了些微了解。现把学习过程进行总结，一是记录下自己的学习历程，对所学的知识进行梳理；二是随着学习的不断深入，在以后的学习中就能通过与自己之前所学进行对比，把当前有些并不是很懂的地方给重新理解，搞透。我认为通过这种学习方式提高自己独立分析问题，解决问题的能力是很有必要的。

      驱动程序在linux内核里扮演者特殊的角色。它们是截然不同的“黑盒子”，使硬件的特殊的一部分响应定义好的内部编程接口，它们完全隐藏了设备工作的细节。例如LED，此属于硬件。对于应用程序开发人员只需要知道操作某些函数让LED Turn On或Turn OFF就行了。它们不需要知道LED通过哪些寄存器点亮点灭，这些是由驱动开发人员打包封装提供给上层应用程序。

     下面开始写一个Hello Woeld的模块来认识如何写一个驱动。

1.hello.c驱动文件

/*********************************************************************************

 *      Copyright:  (C) 2017 Huang Weiming<[e-mail]>

 *                  All rights reserved.

 *

 *       Filename:  hello.c

 *    Description:  This file

 *

 *        Version:  1.0.0(2017年04月14日)

 *         Author:  Huang Weiming <[e-mail]>

 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "2017年04月14日 13时29分29秒"

 *

 ********************************************************************************/

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static __init int hello_init(void)

{

    printk(KERN_ALERT "hello world!\n");

    return 0;

}

static __exit void hello_exit(void)

{

    printk(KERN_ALERT "goodbye!\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

 #include <linux/init.h> 这个头文件是所有的linux驱动必须包含的，#include <linux/module.h>这个头文件是所有模块都要包含的   MODULE_LICENSE是一个宏，声明了驱动的版权信息，此处使用BSD/GPL双重授权，static静态函数，说明这个函数只被这个C文件引用。接下来对printk进行说明

printk用于内核打印消息，每个printk()声明都会带一个优先级，内核总共定义了八个优先级的宏。

printf根据日志级别（loglevel）对消息进行分类；日志级别用宏定义，日志级别宏展开伟一个字符串，在编译时由预处理器将它和消息文本拼接成一个字符串，因此printk函数中日志级别宏和格式字符串间不能有逗号，例如 printk(KERN_ALERT "Hello world\n");

printk的打印级别一共有8个级别：数字越小说明打印级别越高

#define KERN_EMERG        "<0>" /* system is unusable */
#define KERN_ALERT         "<1>" /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT            "<2>" /* critical conditions */
#define KERN_ERR             "<3>" /* error conditions */
#define KERN_WARNING   "<4>" /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE       "<5>" /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO            "<6>" /* informational */

#define KERN_DEBUG       "<7>" /* debug-level messages */

日志级别的范围是0～7，没有指定日志级别的printk语句默认采用的级别是 DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL，其定义列出如下

          #define DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4

当优先级低于int console_loglevel，信息将直接打印在你的终端上。如果同时 syslogd和klogd都在运行，信息也同时添加在文件 /var/log/messages，而不管是否显示在控制台上与否。

当然了，由于打印级别不够的那些信息，并不是内核没有打印，而是在后台输入到了日志文件中去,我们可以通过dmesg命令查看得到那些打印信息

我们使用像 KERN_ALERT这样的高优先级，来确保printk()将信息输出到 控制台而不是只是添加到日志文件中。 当你编写真正的实用的模块时，你应该针对可能遇到的情况使用合 适的优先级。

module_init是一个宏 linux内核在编译的时候，一个C程序最后一步是链接，链接里面有很多段，堆，栈，一个可执行程序包含数据段和文本段，数据段又包含 .bss: 未初始化的全局变量或static变量、 data: 初始化过的全局变量或static变量、 .rodata: const, #define,char *ptr="string"等 定义的数据常量。linux内核又添加了额外的两个段，init段和exit段，module_init是一个宏，告诉linux内核在连接的时候把这个函数放到init段去。所有init声明的函数都放到init段，linux一启动加载驱动，它把init段里的驱动都加载了

来看看module_init的定义   [weiming@Huangweiming linux-3.0]$ vim include/linux/init.h 

138 typedef int (*initcall_t)(void);

163 #ifndef MODULE

177 #define __define_initcall(level,fn,id) \

178     static initcall_t __initcall_##fn##id __used \

179     __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

180

207 #define device_initcall(fn)     __define_initcall("6",fn,6)

212 #define __initcall(fn) device_initcall(fn)

266 #define module_init(x)  __initcall(x);

我们看到如上定义，module_init的真身：__define_initcall(level,fn,id)，这是个宏，它把传给module_init的函数名组装成以__initcall为前缀的、以6为后缀的函数名，并把这个函数定义到代码段.initcall6.init里面。所以，module_init(hello_init)展开为：__initcall(hello _init)-> device_initcall(hello _init)-> __define_initcall("6", hello _init,6)-> static initcall_t __initcall_hello_init_6 __attribute__((__section__(".initcall6.init"))) = hello_init;

即是定义了一个类型为initcall_t的函数指针变量__initcall_hello_init_6，并赋值为hello_init，该变量在链接时会链接到section(.initcall6.init).

再来看看linux链接脚本   [weiming@Huangweiming linux-3.0]$ vim arch/arm/kernel/vmlinux.lds

#include <asm-generic/vmlinux.lds.h>

SECTIONS{

…

INIT_CALLS

…

}

[weiming@Huangweiming linux-3.0]$ vim include/asm-generic/vmlinux.lds.h

#define INIT_CALLS \

VMLINUX_SYMBOL(__initcall_start) = .; \

INITCALLS \

VMLINUX_SYMBOL(__initcall_end) = .;

#define INITCALLS \

….

*(.initcall6.init) \

…

__initlist_start是.initlist区段的开始，__initlist_end是结束，通过这两个变量我们就可以访问到所有的初始化函数了，可见__initcall_hello_init_6将会链接到section(.initcall6.init).

接着就等着linux内核启动调用它。

2.Makefile

obj-m := hello.o

modules:

        make -C /lib/modules/`uname -r`/build/ M=`pwd` modules

            make clean

clean:

        rm -f *.ko.* *.o *mod.c *.order *.symvers

[weiming@Huangweiming hello]$ ls

hello.c    Makefile

[weiming@Huangweiming hello]$ make

make -C /lib/modules/`uname -r`/build/ M=`pwd` modules

make[1]: Entering directory `/usr/src/kernels/2.6.32-573.el6.x86_64'

  CC [M]  /home/weiming/fl2440/driver/hello/hello.o

  Building modules, stage 2.

  MODPOST 1 modules

  CC      /home/weiming/fl2440/driver/hello/hello.mod.o

  LD [M]  /home/weiming/fl2440/driver/hello/hello.ko.unsigned

  NO SIGN [M] /home/weiming/fl2440/driver/hello/hello.ko

make[1]: Leaving directory `/usr/src/kernels/2.6.32-573.el6.x86_64'

make clean

make[1]: Entering directory `/home/weiming/fl2440/driver/hello'

rm -f *.ko.* *.o *mod.c *.order *.symvers

make[1]: Leaving directory `/home/weiming/fl2440/driver/hello'

[weiming@Huangweiming hello]$ ls

hello.c  hello.ko    Makefile

[weiming@Huangweiming hello]$

3.开发板测试

>: tftp -gr hello.ko 192.168.1.2

hello.ko             100% |*******************************| 25335   0:00:00 ETA

>: ls

apps      dev       info      linuxrc   root      tmp

bin       etc       init      mnt       sbin      usr

data     hello.ko  lib       proc      sys       var

>: insmod hello.ko

hello world!

>: rmmod hello.ko

goodbye!

到此，第一个hello world驱动流程就结束了。