Linux设备驱动程序学习（0） －设备驱动介绍& Hello, world！模块

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open、close、read和write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read、write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。
 insmod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

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>
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("xxx");
MODULE_DESCRIPTION("xxx");
MODULE_VERSION("xxx");
MODULE_ALIAS("xxx");
MODULE_DEVICE_TABLE("xxx");

 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.ko，make 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.c和file2.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


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。”

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：

#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/moduleparam.h>MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");static char *whom = "Tekkaman Ninja";static int howmany = 1;static int TNparam[] = {1,2,3,4};static int TNparam_nr = 4;module_param(howmany, int, S_IRUGO);module_param(whom, charp, S_IRUGO);module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO);static int hello_init(void){    int i;    for (i = 0; i < howmany; i++)        printk(KERN_ALERT "(%d) Hello, %s ！\n", i, whom);    for (i = 0; i < 8; i++)        printk(KERN_ALERT "TNparam[%d] : %d \n", i, TNparam[i]);    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);

实验结果是 ：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lscs89x0.ko hello.ko prism2_usb.kohello-param.ko p80211.ko[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1(0) Hello, KeKe ！(1) Hello, KeKe ！TNparam[0] : 4TNparam[1] : 3TNparam[2] : 2TNparam[3] : 1TNparam[4] : 1836543848TNparam[5] : 7958113TNparam[6] : 1836017783TNparam[7] : 0[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe"  TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8TNparam: can only take 4 argumentshello_param: `4' invalid for parameter `TNparam'insmod: cannot insert 'hello-param.ko': Invalid parameters (-1): Invalid argument[Tekkaman2440@SBC2440V4]#  

我这个实验除了对参数的改变进行实验外，我的一个重要的目的是测试“ module_param_array(TNparam,int,&TNparam_nr, S_IRUGO);”中&TNparam_nr对输入参数数目的限制作用。经过我的实验，表明&TNparam_nr并没有对输入参数的数目起到限制作用。真正起到限制作用的是“static int TNparam[] = {1,2,3,4};”本身定义的大小，我将程序进行修改：
static int TNparam[] = {1,2,3,4}; 
改为 static int TNparam[] = {1,2,3,4,5,6,7,8};
其他都不变。

编译后再进行实验，其结果是：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8(0) Hello, KeKe ！(1) Hello, KeKe ！TNparam[0] : 4TNparam[1] : 3TNparam[2] : 2TNparam[3] : 1TNparam[4] : 5TNparam[5] : 6TNparam[6] : 7TNparam[7] : 8[Tekkaman2440@SBC2440V4]# 

（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