Linux环境下字符设备驱动开发入门

前言

这篇文章主要总结了我学习嵌入式系统中，一个字符设备驱动的构建和运行过程。这篇总结中我会尽量简洁地告诉你在Ubuntu（Linux）中字符设备驱动的编程方式，一个简单的模块用C如何进行构建，并且如何将它作为内核模块动态地加载和卸载，你能够看到这个字符驱动设备在系统日志中的记录。
在这篇当中，我们会将重点放在程序结构和编译运行加载过程，关于字符设备和环境等等将不做详细介绍。

主要内容

1. 字符设备驱动的主要结构和编写
2. 字符设备驱动的Makefile编写
3. 将驱动作为动态模块进行加载
   为了简洁明了，我们以一个加载时和卸载时候打印hello的驱动为例进行说明。

字符驱动的结构

1. 首先需要声明该设备的主设备号TEST_MAJOR和设备名称drv_name。
2. 其次实现关于设备的函数，一般包括 open(), release(), read(), write()，后面用户操作的时候，kernel实际会调用 这些函数。
3. 声明一个 file_operation结构体，然后使用标记化结构初始化语法进行初始化（关于这个可以参考标记化结构初始化，C Primer Plus中也有较为详细的介绍，请参考结构相关章节）。这一步的操作将结构体中的内容和我们的实现函数进行一次“绑定”。
4. 实现 init()函数，并且在函数内使用
   register_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops)函数进行设备号的注册；
   实现exit()函数，并在函数内部使用
   unregister_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops)函数对设备进行注销操作。
5. 最后记得使用module_init(test_init);module_exit(test_exit);将设备看作模块进行注册注销关联。

下面我们将给出这个hello.c程序：

#include<linux/module.h>#include<linux/kernel.h>#include<linux/init.h>#include<linux/fs.h>#define TEST_MAJOR      233         //定义主设备号static char drv_name[] = "test";       //定义主设备名   //自己实现的打开函数static int test_chardev_open(struct inode *inode,struct file *file) {    printk("open major=%d, minor=%d\n", imajor(inode), iminor(inode));    return 0;}//自己实现的释放函数static int test_chardev_release(struct inode *inode,struct file *file ){   printk("close major=%d, minor=%d\n", imajor(inode), iminor(inode));    return 0;}//标记化结构体初始化static struct file_operations chardev_fops={    .owner = THIS_MODULE,    .open = test_chardev_open,    .release = test_chardev_release,};//初始化注册设备static int  __init  test_init(void){        printk("Hello Mr.Bubbles\n");     if(register_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name,&chardev_fops))     {        printk("fail to register device \n");        return -1;     }        return 0;}//注销设备static void  __exit  test_exit(void){        printk("Goodbye，Mr.Bubbles!\n");        unregister_chrdev(TEST_MAJOR,drv_name);}//进行关联module_init(test_init);module_exit(test_exit);//声明许可证MODULE_LICENSE("GPL");  

字符驱动的Makefile文件

我们直接放上Makefile文件的代码：

obj-m := hello.oKERNELDIR := /lib/modules/4.4.0-22-generic/buildPWD := $(shell pwd) modules:    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesmodules_install:    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_installclean:    rm –rf  *.o  *~ core  .depend .  *.cmd  *.ko  *.mod.c  .tmp_versions

在这里我们需要声明以下内核所在的位置，因为我们的驱动将作为一个模块单独编译进内核中去。-C进入内核目录，M返回当前模块的目录。关于详细的驱动Makefile中的细节，给出以下的参考文章：
1. Linux下的makefile编写详解
2. Linux内核模块的编译基础知识
3. linux设备驱动makefile入门解析
4. 内核 __init与__exit
5. linux内核及驱动开发中有关__init,__exit和__initdata的用法

编译、加载和卸载模块

我们的驱动编写工作可以说是进入了收尾阶段，下面就需要进行编译和加载。首先这是未编译的状态：

然后我们执行make指令：

这里我们可以清楚的看到shell进入了内核执行了makefile然后回到当前目录生成ko文件。这个就是我们的模块文件。在当前目录下我们执行insmod指令就可以将我们的模块动态进行加载。

这里的效果我们需要通过系统日志才能看到，打开/var/log/syslog文件就可以看到（中间的“Hello,Mr.Bubbles”）：

然后我们尝试进行卸载，使用rmmod就可以卸载当前的模块 ：

最终模块被成功卸载，显示“Goodbye,Mr.Bubbles!”字样。

小结

虽然是考试前的复习，但是如果不自己动手亲自写一下的话是体会不到其中的乐趣的，当然这个介绍只是一点简单的总结，很多细节都被略过了，要对其有更好地了解还需要自行补更多的知识，当然，Embedded System还有很多好玩的东西，希望这篇可以帮助我回顾，同时与大家共勉。
欢迎提出各种意见和建议，共勉。
对了，以前扒数据就发现有直接粘贴不贴出处的，这样可不好啊，这些人注意下0_0