Linux驱动测试

转：http://www.cnblogs.com/nokiaguy/archive/2013/03/14/2960408.html

在上一篇文章中已经实现了一个简单的Linux驱动程序，该驱动的功能是统计给定字符串中的单词数。并且在最后已经将该Linux驱动的源代码成功编译成动态Linux驱动模块word_count.ko。下一步就是测试该模块。测试的方法很多，最常用的就是直接在Ubuntu Linux、Android模拟器中测试。当然，这对于本章实现的Linux驱动是没问题的，但是对于需要直接访问硬件的驱动在Ubuntu Linux上测试就不太方便。在这种情况下就需要在相应的硬件上进行测试。

对于一个Linux驱动程序，一开始可以在Ubuntu Linux上做前期开发和测试。对于访问硬件的部分也可以在Ubuntu Linux用软件进行模拟。当基本开发完成后，就需要在开发板或工程样机上使用真实的硬件进行测试。当然，最后还需要在最终销售的手机上进行测试。最终测 试通过，Linux驱动才能算真正开发完成。在开发Linux驱动的过程中一个重要的步骤就是测试。本节将结合实际的开发流程介绍在不同平台上测试Linux驱动程序。这些测试平台包括UbuntuLinux、Android模拟器和S3C6410开发板。

 

一、使用Ubuntu Linux测试Linux驱动

本节将介绍如何在Ubuntu Linux下测试驱动程序。由于上一节编写的Linux驱动程序通过4个字节从设备文件（/dev/wordcount）返回单词数，所以不能使用cat命令测试驱动程序（cat命令不会将这4个字节还原成int类型的值显示）。但可以使用如下命令从日志中查看单词数。

# sh build.sh # echo 'I love you.'  > /dev/wordcount # dmesg

执行上面的命令后，如果输出如图6-13所示白框中的信息，说明驱动程序成功统计了单词数。

虽然使用echo和dmesg命令可以测试Linux驱动程序，但这种方式并不是真正的测试。为了使测试效果更接近真实环境，一般需要编写专门用于测试的程序。本节将为word_count驱动编写一个专门的测试程序（test_word_count.c）。test_word_count.c通过直接操作/dev/wordcount设备文件与word_count驱动进行交互。测试程序的代码如下：

#include <stdio.h>  #include <fcntl.h>  #include <unistd.h>  #include <stdlib.h>  #include <string.h>  int main(int argc, char *argv[])  {      int testdev;                //  打开设备文件（/dev/wordcount）的句柄      unsigned char buf[4];          //  表示单词数的4个字节      //  打开设备文件      testdev = open("/dev/wordcount", O_RDWR);      //  如果open函数返回-1，表示打开设备文件失败      if (testdev == -1)      {          printf("Cann't open file \n");          return 0;      }      //  如果test_word_count后面跟有命令行参数，程序会将第1个参数值当作待统计的字符串      //  如果没有命令行参数，则只读取设备文件中的值      if (argc > 1)      {          //  向设备文件写入待统计的字符串          write(testdev, argv[1], strlen(argv[1]));          //  输出待统计的字符串          printf("string:%s\n", argv[1]);      }      //  读取设备文件中的单词数（4个字节）      read(testdev, buf, 4);         int n = 0;      //  单词数         //  将4个字节还原成int类型的值      n = ((int) buf[0]) << 24 | ((int) buf[1]) << 16 | ((int) buf[2]) << 8              | ((int) buf[3]);          //  分别输出从设备文件获取的4个字节的值      printf("word byte display:%d,%d,%d,%d\n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);      //  输出统计出的单词数      printf("word count:%d\n", n);      //  关闭设备文件      close(testdev);      return 0;  }

test_word_count程序可以跟1个命令行参数（多个命令行参数只会使用第1个命令行参数）。如果命令行参数值含有空格，需要使用单引号（'）或双引号（"）将参数值括起来。可以使用下面的一组命令测试word_count驱动程序。

# gcc test_word_count.c  -o test_word_count  # test_word_count  # test_word_count "I love you."

执行上面的命令后，如果输出如图6-14所示的信息（假设word_count以前统计过一个含有4个单词的字符串），表示word_count驱动成功测试。

 

二、在Android模拟器上通过原生（Native）C程序测试Linux驱动

虽说我们开发的是Linux驱动，但本书主要介绍的是Android版的Linux内核，因此，Linux驱动只在Ubuntu Linux上测试成功还不能保证在Android设备上一定能正常工作，所以必须在Android设备上进行测试。Android设备有很多种类，如安装了Android的开发板，运行Android系统的手机或平板电脑等。但离我们最近的并不是这些硬件设备，而是Android模拟器。Android模拟器可以模拟绝大多数真实的环境，所以可以利用Android模拟器测试Linux内核。

在Android模拟器上测试Linux驱动首先应该想到的，也是最先应该做的就是将word_count.ko驱动模块安装在模拟器上。可能读者使用过adb shell命令。如果进入Android模拟器的命令提示符为“#”，说明通过命令行方式进入Android模拟器直接就是root权限（命令提示符为 “$”，表示非root权限），因此从理论上可以使用insmod命令将word_count.ko驱动模块直接安装在Android模拟器中。现在我们来测试一下，看看是否可以将word_count.ko安装在Android模拟器上。现在执行build.sh脚本，并选择“Android模拟器”，脚本会自动将word_count.ko文件上传到Android模拟器的/data/local目录，并进行安装。

如果读者选择的是S3C6410开发板，在安装word_count.ko时就会输出如下的错误信息，表示编译Linux驱动的Linux内核版本与当前Android模拟器的版本不相同，无法安装。所以在编译Linux驱动时，必须选择与当前运行的Linux内核版本相同的Linux内核进行编译，否则就无法安装Linux驱动。

insmod:init_module ‘/data/local/word_count.ko’ failed（Function not implemented）

注意：建议上传文件到Android模拟器或开发板时，将文件放到/data/local目录，系统很多其他的目录，如/system/bin，都是只读的，除非将word_count.ko文件打包进system.img，否则无法向这些目录写数据，即使有root权限也不行。

用于Android模拟器的goldfish内核默认不允许动态装载Linux驱动模块，因此需要在编译Linux内核之前执行如下命令配置Linux内核。

# cd ~/kernel/goldfish  # make menuconfig 

执行上面的命令后，会出现如图6-15所示的设置界面。按“空格”键将第二项“Enable loadable module support”选中（前面是[*]），然后按“回车”进入子菜单，选中前3项，如图6-16所示。否则Linux驱动模块仍然无法安装和卸载。当退出设 置菜单时保持设置。最后按4.2.3节的方法重新编译Linux内核，

成功编译内核后，Android模拟器可以使用新生成的zImage内核文件动态装载Linux驱动模块。

现在执行build.sh脚本文件完成对word_count驱动的编译、上传和安装的工作，然后进入Android模拟器的终端，使用echo和dmesg命令可以测试word_count驱动和查看测试结果，方法与上一节相同。

注意：编译可在Android模拟器上运行的Linux驱动模块要使用goldfish内核，使用其他的内核编译word_count.c，安装时会出现如下错误。

insmod: error inserting 'word_count.ko': -1Invalid module format

在Android模拟器上不仅可以使用Linux命令测试驱动，也可以像Ubuntu Linux一样使用本地C/C++程序进行测试。可能有的读者要问，Android不是只能运行由Java编写的APK程序吗？顶多是在APK程序中嵌入NDK代码。还能直接运行普通的Linux程序吗？答案是肯定的。不过要满足如下两个条件。

1. Android模拟器、开发板或手机需要有root权限。

2. 可执行文件需要使用交叉编译器进行编译，以便支持ARM处理器。

现在使用交叉编译器来编译在上一节编写的test_word_count.c文件。为了使编译步骤尽可能简单，我们使用Android.mk设置编译参 数，并使用make命令进行编译。首先在/root/drivers/ch06/word_count目录中建立一个Android.mk文件，并输入如下的内容。

LOCAL_PATH:= $(call my-dir)     include $(CLEAR_VARS)     # 指定要编译的源代码文件     LOCAL_SRC_FILES:= test_word_count.c     # 指定模块名，也是编译后生成的可执行文件名     LOCAL_MODULE := test_word_count     LOCAL_MODULE_TAGS := optional     include $(BUILD_EXECUTABLE)

Android.mk文件中有如下两个地方需要说明一下。

LOCAL_MODULE_TAGS

表示当前工程（Android.mk文件所在的目录）在什么模式下编译。如果设为optional，表示不考虑模式，也就是说在任何模式下都会编译。该变量可以设置的值有user、userdebug、eng、optional。其中eng是默认值。

1. user：限制用户对Android系统的访问，适合于发布产品。

2. userdebug：类似于user模式，但拥有root访问权限，并且可以从日志中获取大量的调试信息。

3. eng：一般在开发的过程中设置该模式。除了拥有userdebug的全部功能外，还会带有大量的调试工具。

LOCAL_MODULE_TAGS的值与TARGET_BUILD_VARIANT变量有关。TARGET_BUILD_VARIANT变量用于设置当前的编译模式，可设置的值包括 user、userdebug和eng。如果想改变编译模式，可以在编译Android源代码之前执行如下命令。

# export TARGET_BUILD_VARIANT = user

或使用lunch命令设置编译模式。

# lunch full-eng

其中full表示建立的目标，除了full目标（为所有的平台建立）外，还有专门为x86建立的full-x86。详细的建立目标执行lunch命令后就会列出。在图4-8已经显示了Android4支持的建立目标的编译模式。读者可以到第4章查看该图。

include $(BUILD_EXECUTABLE)

BUILD_EXECUTABLE表示建立可执行的文件。可执行文件路径是<Android源代码目录>/ out/target/product/generic/system/bin/test_word_count。如果想编译成动态库（.so）文件，可以使用include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)。动态库的路径是<Android源代码目录>/ out/target/product/generic/system/lib/test_word_count.so。如果想编译成静态库（.a）文件，可以使用include $(BUILD_STATIC_LIBRARY)。静态库的路径是<Android源代码目录>/ out/target/product/generic/obj/STATIC_LIBRARIES/test_word_count_intermediates/test_word_count.

为了将test_word_count.c文件编译成可在Android模拟器上运行的可执行程序，可以将word_count目录复制到<Android源代码目录>的某个子目录，也可以在<Android源代码目录>目录中为word_count目录建立一个符号链接。为了方便，我们采用如下命令为word_count目录在<Android源代码目录>/development目录建立一个符号链接（假设Android源代码的目录是/sources/android/android4/development/word_count）。

# ln -s /root/drivers/ch06/word_count /sources/android/android4/development/word_count

现在进入/sources/android/android4目录，执行下面的命令初始化编译命令。

# source ./build/envsetup.sh

可以使用下面两种方法编译test_word_count.c。

1. 进入/sources/android/android4/development/word_count目录，并执行如下的命令。

# mm

2. 在/sources/android/android4目录下执行如下的命令。

# mmm development/word_count

成功编译后可以在<Android源代码目录>/out/target/product/generic/system/bin目录中找到test_word_count文件。在随书光盘和模拟环境中已经带了编译好的test_word_count程序（包括Emulator版本和 Ubuntu Linux版本），可执行程序一般不需要考虑Linux内核的版本，用交叉编译器编译的支持ARM处理器的程序即可以在Android模拟器上运行，也可 以在S3C6410开发板或其他有root权限的手机中运行。

Emulator版本的路径

随书光盘：<光盘根目录>/sources/ch06/word_count/emulator/test_word_count

模拟环境：/root/drivers/ch06/word_count/emulator/test_word_count

Ubuntu Linux版本的路径

随书光盘：<光盘根目录>/sources/ch06/word_count/ubuntu/test_word_count

模拟环境：/root/drivers/ch06/word_count/ubuntu/test_word_count

现在执行下面的命令将test_word_count文件上传到Android模拟器。

# adb push ./emulator/test_word_count /data/local

然后进入Android模拟器的终端，并执行下面的命令测试word_count驱动（需要先使用chmod命令设置test_word_count的可执行权限）。

# chmod 777 /data/local/test_word_count

# /data/local/test_word_count

# /data/local/test_word_count 'a bb ccc ddd eee'

执行上面的命令后，如果输出的单词个数是5,表示程序测试成功。

三、使用Android NDK测试Linux驱动

在Android系统中Linux驱动主要的使用者是APK程序。因此，Linux驱动做完后必须要用APK程序进行测试才能说明Linux驱动可以正常使用。由于上一节在Android虚拟机上使用C语言编写的可执行程序测试了Linux驱动，因此很容易想到可以利用Android NDK来测试Linux驱动，

由于Android NDK也使用C/C++来编写程序，因此可以利用上一节的C语言代码，当然，还得加上一些AndroidNDK特有的代码。在使用Android NDK测试Linux驱动之前需要做如下两件事。

1. 由于Linux驱动模块不会随Android系统启动而装载，因此必须执行build.sh脚本文件安装word_count驱动。

2. 不能使用默认方式启动Android模拟器，而要使用我们自己编译的Linux内核启动Android模拟器，启动模拟器的命令如下：

# emulator-avd myavd -kernel /root/kernel/goldfish/arch/arm/boot/zImage

为了方便，读者也可以在随书光盘带的Ubuntu Linux虚拟环境中直接执行如下的命令来异步启动Android模拟器。其中emulator.sh文件在/root/drivers目录中。

# sh emulator.sh &

本节的例子已经包含在随书光盘和虚拟环境中，路径如下：

随书光盘：<光盘根目录>/sources/ch06/word_count/word_count_ndk

虚拟环境：/root/drivers/ch06/word_count/word_count_ndk

word_count_ndk工程的代码部分由WordCountNDKTestMain.java和ndk_test_word_count.c文件组成。工程结构如图6-17所示。

ndk_test_word_count.c文件用于访问word_count驱动。该文件包含两个供Java访问的函数，分别用来读取/dev/wordcount设备文件中的单词数和向/dev/wordcount设备文件写入字符串。下面先看看ndk_test_word_count.c文件的完整代码。

#include <string.h>  #include <jni.h>  #include <fcntl.h>  #include <stdio.h>  #include <sys/types.h>  #include <sys/stat.h>  #include <unistd.h>  #include <stdlib.h>  //  JNI函数：readWordCountFromDev  //  用于从/dev/wordcount设备文件读取单词数  jint Java_mobile_android_word_count_ndk_WordCountNDKTestMain_readWordCountFromDev(          JNIEnv* env, jobject thiz)  {         int dev;                //  open函数打开/dev/wordcount设备文件后返回的句柄，打开失败返回-1      jint wordcount = 0;     //  单词数      unsigned char buf[4];   //  以4个字节形式存储的单词数             //  以只读方式打开/dev/wordcount设备文件      dev = open("/dev/wordcount", O_RDONLY);         //  从dev/wordcount设备文件中读取单词数      read(dev, buf, 4);         int n = 0;              //  存储单词数的int类型变量         //  将由4个字节表示的单词数转换成int类型的值      n = ((int) buf[0]) << 24 | ((int) buf[1]) << 16 | ((int) buf[2]) << 8 | ((int) buf[3]);           //  将int类型的单词数转换成jint类型的单词数      wordcount = (jint) n;      //  关闭/dev/wordcount设备文件      close(dev);      //  返回单词数      return wordcount;  }  //  将jstring类型的值转换成char *类型的值  char* jstring_to_pchar(JNIEnv* env, jstring str)  {      char* pstr = NULL;      //  下面的代码会调用Java中的String.getBytes方法获取字符串的字节数         //  获取java.lang.String类      jclass clsstring = (*env)->FindClass(env, "java/lang/String");      //  将字符串“utf-8”转换成jstring类型的值      jstring strencode = (*env)->NewStringUTF(env, "utf-8");      //  获取java.lang.String.getBytes方法      jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env, clsstring, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B");      //  调用String.getBytes方法将str变量的值转换成jbytearray类型的值      jbyteArray byteArray = (jbyteArray)( (*env)->CallObjectMethod(env, str, mid, strencode));      //  获取字节长度      jsize size = (*env)->GetArrayLength(env, byteArray);      //  将jbytearray类型的值转换成jbyte*类型的值      jbyte* pbyte = (*env)->GetByteArrayElements(env, byteArray, JNI_FALSE);      if (size > 0)      {          //  为char*类型变量pstr分配空间          pstr = (char*) malloc(size);          //  将pbyte变量中的值复制到pstr变量中          memcpy(pstr, pbyte, size);      }      //  返回转换后的值      return pstr;  }  //  JNI函数：writeStringToDev  //  用于向/dev/wordcount设备文件写入字符串  void Java_mobile_android_word_count_ndk_WordCountNDKTestMain_writeStringToDev(          JNIEnv* env, jobject thiz, jstring str)  {         int dev;   //  open函数打开/dev/wordcount设备文件后返回的句柄，打开失败返回-1      //  以只写方式打开/dev/wordcount设备文件      dev = open("/dev/wordcount", O_WRONLY);      //  将jstring类型字符串转换成char* 类型的值      char* pstr = jstring_to_pchar(env, str);      if (pstr != NULL)      {          //  向/dev/wordcount设备文件写入字符串          write(dev,pstr, strlen(pstr));      }      //  关闭/dev/wordcount设备文件      close(dev);  }

编写上面的代码有一个重点就是jstring_to_pchar函数。该函数可以将jstring类型的数据转换成char*类型的数据。转换的基本思想就是调用Java方法String.getBytes，获取字符串对应的字节数组（jbyteArray）。由于write函数需要的是char *类型的数据，因此，还必须将jbyteArray类型的数据转换成char *类型的数据。采用的方法是先将jbyteArray类型的数据转换成jbyte类型的数据，然后调用memcpy函数将jbyte类型的数据复制到使用malloc函数分配的char*指针空间中。在jstring_to_pchar函数中有如下的一行代码。

jmethodID mid = (*env)->GetMethodID(env,clsstring, "getBytes", "(Ljava/lang/String;)[B"];

看到getMethodID方法最后一个参数的值是"(Ljava/lang/String;)[B"，可能Android NDK初学者会对此感到困惑，以为是写错了。实际上这是JNI（Android NDK程序实际上就是遵循JNI规则的程序）对方法参数和返回类型的描述。在JNI程序中为了方便描述Java数据类型，将简单类型使用了一个大写英文字 母表示，如表6-1所示。

除了表6-1所示的Java简单类型外，还有一些数据类型需要在JNI代码中与其对应。表6-2是这些数据类型在JNI中的描述符。

从表6-2所示的数据类型对照关系很容易想到本例中的"(Ljava/lang/String;)[B"是什么意思。jstring_to_pchar函数调用的是如下的getBytes方法的重载形式。

public byte[] getBytes(String charsetName) throwsUnsupportedEncodingException

在JNI中调用Java方法需要指定方法参数和返回值的数据类型。在JNI中的格式如下：

"(参数类型)返回值类型"

getBytes方法的参数类型是String，根据表6-2的描述，String类型中JNI在的描述符是"Ljava/lang/String; "。getBytes方法的返回值类型是byte[]。这里就涉及到一个数组的表示法。在JNI中数组使用左中括号（[]表示，后面是数组中元素的类型。 每一维需要使用一个“[”。byte[]是一维字节数组，所以使用"[B"表示。如果是byte[][][]，应使用"[[[B"表示。如果Java方法 未返回任何值（返回值类型是void），则用V表示。如void mymethod(int value)的参数和返回值类型可表示为"(I)V"。

Android NDK程序还需要一个Android.mk文件，代码如下：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)     include $(CLEAR_VARS)     LOCAL_MODULE    := ndk_test_word_count  LOCAL_SRC_FILES := ndk_test_word_count.c     include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

在编写Java代码调用JNI函数之前，先看一下本例的界面，如图6-18所示。

读者需要先在PC上运行build.sh脚本文件安装word_count驱动。然后单击“从/dev/wordcount读取单词数”按钮，会在按钮下方输出当前/dev/wordcount设备文件中统计出的单词数。读者也可以在输入框中输入一个由空格分隔的字符串，然后单击“向/dev /wordcount写入字符串”按钮，再单击“从/dev/wordcount读取单词数”按钮，就会统计出字符串中包含的单词数，效果如图6-19所示。

下面看一下本例中Java部分（WordCountNDKTestMain.java）的完整代码。

package mobile.android.word.count.ndk;     import android.app.Activity;  import android.os.Bundle;  import android.view.View;  import android.widget.EditText;  import android.widget.TextView;  import android.widget.Toast;     public class WordCountNDKTestMain extends Activity  {      private TextView tvWordCount;      private EditText etString;         @Override     public void onCreate(Bundle savedInstanceState)      {          super.onCreate(savedInstanceState);          setContentView(R.layout.main);          tvWordCount = (TextView) findViewById(R.id.textview_wordcount);          etString = (EditText) findViewById(R.id.edittext_string);      }      //  “从/dev/wordcount读取单词数”按钮的执行代码      public void onClick_ReadWordCountFromDev(View view)      {          //  显示单词数          tvWordCount.setText("单词数：" + String.valueOf(readWordCountFromDev()));      }  // “向/dev/wordcount写入字符串”按钮的执行代码      public void onClick_WriteStringToDev(View view)      {          //  向/dev/wordcount设备文件写入字符串          writeStringToDev(etString.getText().toString());          Toast.makeText(this, "已向/dev/wordcount写入字符串", Toast.LENGTH_LONG).show();      }         // native方法      public native int readWordCountFromDev();      public native void writeStringToDev(String str);      static     {          System.loadLibrary("ndk_test_word_count");      }  }

WordCountNDKTestMain.java中的代码只是简单地调用了JNI函数来操作/dev/wordcount文件。其他的代码都是常规的Android应用级别的代码。

 

 

四、使用Java代码直接操作设备文件来测试Linux驱动

如果Android拥有root权限，完全可以直接使用Java代码操作/dev/wordcount设备文件（没有root权限，Linux驱动模块是无法安装的）。本节将介绍如何使用Java代码来测试Linux驱动（测试程序不使用一行C/C++代码）。本节示例的路径如下：

随书光盘：<光盘根目录>/sources/ch06/word_count/word_count_java

虚拟环境：/root/drivers/ch06/word_count/word_count_java

word_count_java工程中只有一个源代码文件WordCountJavaTestMain.java。该文件的内容如下：

package mobile.android.word.count.java;     import java.io.FileInputStream;  import java.io.FileOutputStream;  import android.app.Activity;  import android.os.Bundle;  import android.view.View;  import android.widget.EditText;  import android.widget.TextView;  import android.widget.Toast;     public class WordCountJavaTestMain extends Activity  {      private TextView tvWordCount;      private EditText etString;      @Override     public void onCreate(Bundle savedInstanceState)      {          super.onCreate(savedInstanceState);          setContentView(R.layout.main);          tvWordCount = (TextView) findViewById(R.id.textview_wordcount);          etString = (EditText) findViewById(R.id.edittext_string);      }      //  “从/dev/wordcount读取单词数”按钮的执行代码      public void onClick_ReadWordCountFromDev(View view)      {           //  显示单词数          tvWordCount.setText("单词数：" + String.valueOf(readWordCountFromDev()));      }  // “向/dev/wordcount写入字符串”按钮的执行代码      public void onClick_WriteStringToDev(View view)      {          //  向/dev/wordcount设备文件写入字符串          writeStringToDev(etString.getText().toString());          Toast.makeText(this, "已向/dev/wordcount写入字符串", Toast.LENGTH_LONG).show();      }      //  下面是用Java实现的操作/dev/wordcount设备文件的代码         //  读取/dev/wordcount设备文件中的单词数      private int readWordCountFromDev()      {          int n = 0;          byte[] buffer = new byte[4];          try         {              //  打开/dev/wordcount设备文件              FileInputStream fis = new FileInputStream("/dev/wordcount");              //  从设备文件中读取4个字节               fis.read(buffer);              //  将4个字节转换成int类型的值              n = ((int) buffer[0]) << 24 | ((int) buffer[1]) << 16                     | ((int) buffer[2]) << 8 | ((int) buffer[3]);               fis.close();          }          catch (Exception e)          {          }          return n;      }     //  向/dev/wordcount设备文件中写入字符串      private void writeStringToDev(String str)      {          try         {              //  打开/dev/wordcount设备文件              FileOutputStream fos = new FileOutputStream("/dev/wordcount");              //  写入字符串              fos.write(str.getBytes("iso-8859-1"));              fos.close();          }          catch (Exception e)          {          }      }  }

测试结果与上面一致。