第六期 基于模拟器的Helloworld 内核驱动 《手机就是开发板》

这一期我们来做一个给内核添加驱动的实验，为了编译方便，我将android kernel 文件拷贝到AOSP目录下，修改目录名为kernel3.4，在kernel3.4的 drivers 目录下新建hello文件夹，我将添加的内容都放到了github上：http://github.com/aggresss/PHDemo 。里面的Codes/hello_KernelDriver 目录下 或者直接访问 https://github.com/aggresss/PHDemo/tree/master/Code/hello_KernelDriver

添加hello.h 文件

#ifndef _HELLO_ANDROID_H_  #define _HELLO_ANDROID_H_    #include <linux/cdev.h>  #include <linux/semaphore.h>    #define HELLO_DEVICE_NODE_NAME  "hello"  #define HELLO_DEVICE_FILE_NAME  "hello"  #define HELLO_DEVICE_PROC_NAME  "hello"  #define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"    struct hello_android_dev {      int val;      struct semaphore sem;      struct cdev dev;  };    #endif  

添加 hello.c 文件

/********************************************include file and define functions*******************************************/#include <linux/init.h>  #include <linux/module.h>  #include <linux/types.h>  #include <linux/fs.h>  #include <linux/proc_fs.h>  #include <linux/device.h>  #include <asm/uaccess.h>    #include "hello.h"    /*主设备和从设备号变量*/  static int hello_major = 0;  static int hello_minor = 0;    /*设备类别和设备变量*/  static struct class* hello_class = NULL;  static struct hello_android_dev* hello_dev = NULL;    /*传统的设备文件操作方法*/  static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp);  static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp);  static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);  static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);    /*设备文件操作方法表*/  static struct file_operations hello_fops = {      .owner = THIS_MODULE,      .open = hello_open,      .release = hello_release,      .read = hello_read,      .write = hello_write,   };    /*访问设置属性方法*/  static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr,  char* buf);  static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);    /*定义设备属性*/  static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store);/********************************************define traditional file access *******************************************//*打开设备方法*/  static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) {      struct hello_android_dev* dev;                    /*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中，以便访问设备时拿来用*/      dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_android_dev, dev);      filp->private_data = dev;            return 0;  }    /*设备文件释放时调用，空实现*/  static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) {      return 0;  }    /*读取设备的寄存器val的值*/  static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {      ssize_t err = 0;      struct hello_android_dev* dev = filp->private_data;                /*同步访问*/      if(down_interruptible(&(dev->sem))) {          return -ERESTARTSYS;      }        if(count < sizeof(dev->val)) {          goto out;      }                /*将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区*/      if(copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val))) {          err = -EFAULT;          goto out;      }        err = sizeof(dev->val);    out:      up(&(dev->sem));      return err;  }    /*写设备的寄存器值val*/  static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {      struct hello_android_dev* dev = filp->private_data;      ssize_t err = 0;                /*同步访问*/      if(down_interruptible(&(dev->sem))) {          return -ERESTARTSYS;              }                if(count != sizeof(dev->val)) {          goto out;              }                /*将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器去*/      if(copy_from_user(&(dev->val), buf, count)) {          err = -EFAULT;          goto out;      }        err = sizeof(dev->val);    out:      up(&(dev->sem));      return err;  }  /********************************************define devfs access*******************************************//*读取寄存器val的值到缓冲区buf中，内部使用*/  static ssize_t __hello_get_val(struct hello_android_dev* dev, char* buf) {      int val = 0;                /*同步访问*/      if(down_interruptible(&(dev->sem))) {                          return -ERESTARTSYS;              }                val = dev->val;              up(&(dev->sem));                return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val);  }    /*把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中去，内部使用*/  static ssize_t __hello_set_val(struct hello_android_dev* dev, const char* buf, size_t count) {      int val = 0;                /*将字符串转换成数字*/              val = simple_strtol(buf, NULL, 10);                /*同步访问*/              if(down_interruptible(&(dev->sem))) {                          return -ERESTARTSYS;              }                dev->val = val;              up(&(dev->sem));        return count;  }    /*读取设备属性val*/  static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf) {      struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);                return __hello_get_val(hdev, buf);  }    /*写设备属性val*/  static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count) {       struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);              return __hello_set_val(hdev, buf, count);  }  /********************************************define proc access*******************************************//*读取设备寄存器val的值，保存在page缓冲区中*/  static ssize_t hello_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data) {      if(off > 0) {          *eof = 1;          return 0;      }        return __hello_get_val(hello_dev, page);  }    /*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/  static ssize_t hello_proc_write(struct file* filp, const char __user *buff, unsigned long len, void* data) {      int err = 0;      char* page = NULL;        if(len > PAGE_SIZE) {          printk(KERN_ALERT"The buff is too large: %lu.\n", len);          return -EFAULT;      }        page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);      if(!page) {                          printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n");          return -ENOMEM;      }                /*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区中去*/      if(copy_from_user(page, buff, len)) {          printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n");                          err = -EFAULT;          goto out;      }        err = __hello_set_val(hello_dev, page, len);    out:      free_page((unsigned long)page);      return err;  }    /*创建/proc/hello文件*/  static void hello_create_proc(void) {struct proc_dir_entry *entry;entry = create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL);if(entry){entry->read_proc = hello_proc_read;entry->write_proc = hello_proc_write;}}    /*删除/proc/hello文件*/  static void hello_remove_proc(void) {      remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, NULL);  }  /********************************************define load and remove function*******************************************//*初始化设备*/  static int  __hello_setup_dev(struct hello_android_dev* dev) {      int err;      dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);        memset(dev, 0, sizeof(struct hello_android_dev));        cdev_init(&(dev->dev), &hello_fops);      dev->dev.owner = THIS_MODULE;      dev->dev.ops = &hello_fops;                /*注册字符设备*/      err = cdev_add(&(dev->dev),devno, 1);      if(err) {          return err;      }                /*初始化信号量和寄存器val的值*/      sema_init(&(dev->sem), 1);      dev->val = 0;        return 0;  }    /*模块加载方法*/  static int __init hello_init(void){       int err = -1;      dev_t dev = 0;      struct device* temp = NULL;        printk(KERN_ALERT"Initializing hello device.\n");                /*动态分配主设备和从设备号*/      err = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, HELLO_DEVICE_NODE_NAME);      if(err < 0) {          printk(KERN_ALERT"Failed to alloc char dev region.\n");          goto fail;      }        hello_major = MAJOR(dev);      hello_minor = MINOR(dev);                /*分配helo设备结构体变量*/      hello_dev = kmalloc(sizeof(struct hello_android_dev), GFP_KERNEL);      if(!hello_dev) {          err = -ENOMEM;          printk(KERN_ALERT"Failed to alloc hello_dev.\n");          goto unregister;      }                /*初始化设备*/      err = __hello_setup_dev(hello_dev);      if(err) {          printk(KERN_ALERT"Failed to setup dev: %d.\n", err);          goto cleanup;      }                /*在/sys/class/目录下创建设备类别目录hello*/      hello_class = class_create(THIS_MODULE, HELLO_DEVICE_CLASS_NAME);      if(IS_ERR(hello_class)) {          err = PTR_ERR(hello_class);          printk(KERN_ALERT"Failed to create hello class.\n");          goto destroy_cdev;      }                /*在/dev/目录创建设备文件hello，在/sys/class/hello/目录下创建 hello 文件夹*/     temp = device_create(hello_class, NULL, dev, "%s", HELLO_DEVICE_FILE_NAME);      if(IS_ERR(temp)) {          err = PTR_ERR(temp);          printk(KERN_ALERT"Failed to create hello device.");          goto destroy_class;      }                /*在/sys/class/hello/hello目录下创建属性文件val*/      err = device_create_file(temp, &dev_attr_val);      if(err < 0) {          printk(KERN_ALERT"Failed to create attribute val.");                          goto destroy_device;      }        dev_set_drvdata(temp, hello_dev);                /*创建/proc/hello文件*/      hello_create_proc();        printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize hello device.\n");      return 0;    destroy_device:      device_destroy(hello_class, dev);    destroy_class:      class_destroy(hello_class);    destroy_cdev:      cdev_del(&(hello_dev->dev));    cleanup:      kfree(hello_dev);    unregister:      unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major, hello_minor), 1);    fail:      return err;  }    /*模块卸载方法*/  static void __exit hello_exit(void) {      dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);        printk(KERN_ALERT"Destroy hello device.\n");                /*删除/proc/hello文件*/      hello_remove_proc();                /*销毁设备类别和设备*/      if(hello_class) {          device_destroy(hello_class, MKDEV(hello_major, hello_minor));          class_destroy(hello_class);      }                /*删除字符设备和释放设备内存*/      if(hello_dev) {          cdev_del(&(hello_dev->dev));          kfree(hello_dev);      }                /*释放设备号*/      unregister_chrdev_region(devno, 1);  }    MODULE_LICENSE("GPL");  MODULE_DESCRIPTION("First Android Driver");    module_init(hello_init);  module_exit(hello_exit);  

添加 Kconfig 文件

 config HELLO           tristate "First Android Driver"           default n           help           This is the first android driver.

添加 Makefile 文件

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o

修改 drivers/Kconfig 文件 在menu "Device Drivers"和endmenu之间添加一行：

source "drivers/hello/Kconfig"

这样，执行make menuconfig时，就可以配置hello模块的编译选项了。

修改drivers/Makefile文件，添加一行：

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/

代码部分修改完毕后，进入到AOSP编译的根目录，执行

source ./build/envsetup.shlunch 1

这几部操作是为了将交叉编译工具的目录加入到PATH目录中，省去我们手工指定的过程。

然后执行：

export ARCH=armexport CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi-make goldfish_armv7_defconfigmake menuconfig 

将 First Android Driver 选项 按Y，编译进内核，保存退出后执行

make -j8

然后编译好的内核就保存在 /kernel3.4/arch/arm/boot/zImage 中，接下来启动模拟器 emulator -kernel ./kernel3.4/arch/arm/boot/zImage &

模拟器成功启动后，执行

adb shell 

就进入到了android 模拟器的 shell 中了，这是 ls /dev 就能看到 hello 的设备文件。

下面来验证一下我们添加的虚拟设备，这个设备有一个int类型的寄存器，是通过操作内存模拟出来的，真正的设备是操作SOC设计时分配的实际地址资源。

有三种方式来验证，我们的设备是否正常：

1. /dev 文件系统

2. /proc 文件系统

3. /sys 文件系统

其中 /dev 文件系统需要通过系统调用来操作，我们放到下一期制作一个小的Demo可执行程序来验证，下面我们使用 /proc和/sys文件系统来验证：

通过/proc文件系统验证：echo "666" > /proc/hellocat /proc/hello通过/sys文件系统验证：echo "666" > /sys/class/hello/hello/valcat /sys/class/hello/hello/val

如果以上两组测试都返回 666 则说明我们的虚拟设备的驱动程序已经成功加载。