Linux设备驱动程式学习（0） －Hello, world！模块

一个学习Linux设备驱动程式都会碰到的第一个例程：
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h> 
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
static int hello_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT "Hello, Tekkaman Ninja ！/n");
    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);
我将其复制到我的工作目录，并编写了一个简单的Makefile文档：
obj-m := hello.o
KERNELDIR := /lib/modules/$(shell   uname   -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order Module.symvers
.PHONY: modules modules_install clean
说实话，以上是我参考了《Linux设备驱动程式（第3版）》的Makefile源码修改得来的。我对Makefile不是很了解，是该好好学习学习了！
然后就是make  modules 、 make  modules_install 。
[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules
make -C /home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2 M=/home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld modules
make[1]: Entering directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
  CC [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.mod.o
  LD [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.ko
make[1]: Leaving directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules_install
cp hello.ko /home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules
[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# 
在我的研发板上的操作：
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls
cs89x0.ko hello.ko p80211.ko prism2_usb.ko 
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello.ko 
Hello, Tekkaman Ninja ！
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod 
Module Size Used by Not tainted 
hello 1376 0 
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod hello 
Goodbye, Tekkaman Ninja ！
Love Linux !Love ARM ! Love KeKe ! 
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod 
Module Size Used by Not tainted 
[Tekkaman2440@SBC2440V4]# 
学习心得：
（1）驱动模块运行在内核空间，运行时不能依赖于任何函数库和模块连接，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。
（2）驱动模块和应用程式的一个重要不同是：应用程式退出时可不管资源释放或其他的清除工作，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）要十分注意驱动程式的并发处理。
（5）内核API中具备双下划线（_ _）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书运算。
（7）Makefile文档分析：
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文档进行编译。假如 hello.o是由其他的源文档生成（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
其中 -C $(KERNELDIR) 指定了内核源代码的位置，其中保存有内核的顶层makefile文档。
    M=$(PWD) 指定了模块源代码的位置
    modules目标指向obj-m变量中设定的模块。
（8）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任何的全局内核项（即函数和变量的地址），这是实现模块化驱动程式所必须的。
（9）Linux使用模块层叠技术，我们能够将模块划分为多个层，通过简化每个层可缩短研发周期。假如一个模块需要向其他模块到处符号，则使用下面的宏：
EXPORT_SYMBOL(name);
EXPORT_SYMBOL_GPL(name);
符号必须在模块文档的全局变量部分导出，因为这两个宏将被扩展为一个特别变量的声明，而该变量必须是全局的。
（10）任何模块代码中都包含一下两个头文档：
#include linux/init.h>
#include linux/module.h> 
（11）任何模块代码都应该指定所使用的许可证：
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
此外更有可选的其他描述性定义：
MODULE_AUTHOR("");
MODULE_DESCRIPTION("");
MODULE_VERSION("");
MODULE_ALIAS("");
MODULE_DEVICE_TABLE("");
上述MODULE_声明习惯上放在文档最后。
（12）初始化和关闭
初始化的实际定义通常如下：
static int _ _init initialization_function(void)
{
/*初始化代码*/
}
module_init(initialization_function)
清除函数的实际定义通常如下：
static int _ _exit cleanup_function(void)
{
/*清除代码*/
}
module_exit(cleanup_function)
（13） 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），他却很有用。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。”－－《Linux设备驱动程式（第3版）》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;
}
（14）模块参数：内核允许对驱动程式指定参数，而这些参数可在装载驱动程式模块时改变。
以下是我的实验程式：
#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 ; i++)
        printk(KERN_ALERT "TNparam[%d] : %d /n", i, TNparam);
    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]#ls
cs89x0.ko hello.ko prism2_usb.ko
hello-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] : 4
TNparam[1] : 3
TNparam[2] : 2
TNparam[3] : 1
TNparam[4] : 1836543848
TNparam[5] : 7958113
TNparam[6] : 1836017783
TNparam[7] : 0
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe"  TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8
TNparam: can only take 4 arguments
hello_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，我将程式进行修改：
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] : 4
TNparam[1] : 3
TNparam[2] : 2
TNparam[3] : 1
TNparam[4] : 5
TNparam[5] : 6
TNparam[6] : 7
TNparam[7] : 8
[Tekkaman2440@SBC2440V4]# 
（15）“#include linux/sched.h>”  最重要的头文档之一。包含驱动程式使用的大部分内核API的定义，包括睡眠函数连同各种变量声明。
（16）“#include linux/version.h>” 包含所构造内核版本信息的头文档。
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

以上就是我对《Linux设备驱动程式（第3版）》的《第二章 构造和运行模块》 的学习总结。

Makefile解析：
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
 KERNELDIR ?= /home/linux/linux-2.6.22.6
PWD := $(shell pwd)
 modules:
 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
 modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY:
 modules modules_install clean else obj-m := myhello.o
endif
其中有一些是我们常见或是见过的，第一个 ifeq ($(KERNELRELEASE),)目前，并无 用处，它的由来是指在 Linux 源码根目录下的 Makefile 编译内核时，KERNELRELEASE 宏会被定义，那么如果是从源码根目录开始的 make 则会将 myhello.o 模块编译进内核。

这个 KERNELDIR ?= /home/linux/linux-2.6.22.6， 这句是对 KERNELDIR 进行赋值， 变量是后面我们用到的指代内核源码目录用的。
 PWD := $(shell pwd)，这句是对 PWD 变量进行赋值，作用是将$(shell pwd)的返回 结果既求得当前目录的路径赋值给 PWD，这个变量我们在后面指代我们要编译的驱动程序 所在的位置。
 modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules 这句是 Makefile 的规则：这里的$(MAKE)就相当于 make，-C 选项的作用是指将当前 工作目录转移到你所指定的位置。“M=”选项的作用是，当用户需要以某个内核为基础编译 一个外部模块的话，需要在 make modules 命令中加入“M=dir”，程序会自动到你所指定 的 dir 目录中查找模块源码，将其编译，生成 KO 文件。

 modules_install: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install 这个命令是模块的安装，在 Makefile 中搜索“lib\/modules”可以看到下面的语句，通 过阅读你不难找到这个“MODLIB”的用处，它是用来指定安装路径的，而变量 “INSTALL_MOD_PATH”往往为空。
MODLIB = $(INSTALL_MOD_PATH)/lib/modules/$(KERNELRELEASE) Export MODLIB

 .PHONY: modules modules_install clean 这句话是的作用是保证 modules,modules_install,clean 这三个命令能正常完 成。.PHONY 这是一个特殊目标名称，还有其它的，如： .SUFFIXES，.DEFAULT，.PRECIOUS，.INTERMEDIATE，.SECONDARY，.SEC ， ， ， ， ， ONDEXPANSION，.DELETE_ON_ERROR，.IGNORE .LOW_RESOLUTION_TIME .SI ， ， LENT .EXPORT_ALL_VARIABLES .NOTPARALLEL 它们的具体用法可以参考 GNU 手册中的 Special Built-in Target Names 章节。 .PHONY 目标的具体意思是如果在 Makefile 的工作目录中有名如： modules,modules_install,clean 等文件时命令会出错。它是防止这出错的方式。