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* 字符设备驱动基本操作及调用流程
*
* 声明:
* 1. 本系列文档是在vim下编辑,请尽量是用vim来阅读,在其它编辑器下可能会
* 不对齐,从而影响阅读.
* 2. 以下所有的shell命令都是在root权限下运行的;
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* 2015-3-7 阴 深圳 尚观 Sbin 曾剑锋
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| 一. make编译快捷方式;
| 二. ctags使用;
| 三. menuconfig编译成内核内部模块;
| 四. 编译内核模块的方法;
| 五. 模块操作;
| 六. 多源文件编译模块Makefile格式;
| 七. 导出符号;
| 八. printk打印等级;
| 九. 模块传参;
| 十. 字符设备;
| 十一. 2种字符设备注册;
| 十二. 驱动中常见的3种结构体;
| 十三. 内核空间与用户空间数据拷贝;
| 十四. 驱动被调用函数流程:
\\\\\\\\\\\\\\\\\\\/////////////////// 一. make编译快捷方式:
. export CC=arm-linux-gcc
. make app
arm-linux-gcc app.c -o app 二. ctags使用:
. 生成tags文件 ctags -Rn .
. 把tags文件的路径名添加到vim的配置文件中
cat >> ~/.vimrc << EOF
set tags+=/root/linux-3.5/tags #可以添加多个原文件目录
EOF
. vim查找符号定义: :ts <symbols> 三. menuconfig 编译成内核内部模块:
. cat > test.c << EOF
#include <linux/module.h>
int test_init(void)
{
printk("Hello module.\n");
return ;
}
void test_exit(void)
{
printk("Bye module.\n");
}
//指定模块的初始化函数与退出函数
module_init(test_init);
module_exit(test_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("lizhichao");
MODULE_DESCRIPTION("simpile module.");
MODULE_VERSION("1.0");
EOF
. 在test.c所在目录的Makefile文件添加:
obj-$(CONFIG_TEST) += test.o
. 在test.c所在目录的Kconfig文件添加:
config TEST
bool "----- test module -------"
. 这时候可以通过menuconfig等配置工具配置test模块的编译
. 重新编译内核
. make -j2 zImage
. 查看模块是否编译到内核
. nm vmlinux | grep test_init
c08d0790 t __initcall_test_init6
c030537c T test_init
. nm vmlinux | grep test_exit
c0305370 T test_exit
. 重新把内核烧写到SD卡的kernel分区,dwn或者fastboot都行.
. 系统启动时将调用初始化函数test_init,使用dmesg命令查看是否有正确的输出 四. 编译内核模块的方法
. Makefile中对变量的引用,可以是$(变量名),也可以是${变量名},但是目前看到$(变量名)居多.
. 以下是几个对模块编译的make命令:
. make -C $(内核跟目录路径) M=`pwd` modules
. make -C $(内核根目录路径) M=`pwd` clean
. make -s -C $(内核根目录路径) M=$PWD INSTALL_MOD_PATH=$(nfs文件系统根目录) modules_install
. 实现了上面make命令的shell脚本实例:
cat > mm << EOF
#!/bin/bash
KERNEL=/disk/A9/filesystem/linux-3.5
ROOT_PATH=/disk/A9/filesystem
if [ $# -eq ]
then
make -s -C ${KERNEL} M=$PWD modules
elif [ $# -eq -a "$1" = "clean" ]
then
make -s -C ${KERNEL} M=$PWD modules clean
elif [ $# -eq -a "$1" = "install" ]
then
make -s -C ${KERNEL} M=$PWD \
INSTALL_MOD_PATH=${ROOT_PATH} modules_install
else
echo "usage:"
echo " mm"
echo " mm clean"
echo " mm install"
fi
EOF
4. 实现上面make命令的Makefile实例：
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := at24c02.o
else
KDIR := /home/myzr/myandroid/kernel_imx
all:
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean:
rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order
endif
5. 将mm当常用命令来是用: cp mm /bin/ && chmod /bin/mm
五. 模块操作:
. 动态插入模块到当前运行的系统: insmod test.ko
. 查看当前运行的系统加载的模块信息: lsmod
. 查看模块的信息: modinfo test.ko 或者 modinfo test
. 卸载加载的模块: rmmod test
. 生成模块的依赖关系: depmod
. 加载内核模块,主要用于加载make install的模块: modprobe test
. 卸载内核模块,主要用于卸载make install的模块: modprobe -r test 六. 多源文件编译模块Makefile格式:
. xxx是模块文件名
. obj-m += xxx.o
xxx-objs = main.o foo.o ... 七. 导出符号:
把符号导出到内核全局符号表,主要是为其他的模块提供函数调用,有两种方式:
. EXPORT_SYMBOL(foo); //普通方式
. EXPORT_SYMBOL_GPL(foo); //只有声明为GPL的模块才能调用 八. printk打印等级:
. 数字越小,等级越高:
#define KERN_EMERG "<0>" /* system is unusable */
#define KERN_ALERT "<1>" /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT "<2>" /* critical conditions */
#define KERN_ERR "<3>" /* error conditions */
#define KERN_WARNING "<4>" /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE "<5>" /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO "<6>" /* informational */
#define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages */ /* Use the default kernel loglevel */
#define KERN_DEFAULT "<d>"
. cat /proc/sys/kernel/printk 数字解析如下:
. ---> 打印等级小于5的内核消息输出到控制台
. ---> 默认的打印等级
. ---> 允许设置的最小等级
. ---> 允许设置的最大等级 九. 模块传参:
. 声明定义可传参变量:
int num = ;
module_param(num, int, );
module_param参数说明:
. num 参数名
. int 参数类型
. 访问权限(下面文件)
. 加载模块时,传参方法: insmod test.ko num=
num =
. cat /sys/module/test/parameters/num 十. 字符设备:
. dev_t devno; ---> 设备号,设备的身份证号码
. 高12位: 主设备号
. 低20位: 次设备号
. 设备号操作辅助宏
. major = MAJOR(devno);
. minor = MINOR(devno);
. devno = MKDEV(major, minor);
. 查看当前系统中注册的所有设备
cat /proc/devices
. 手动创建设备节点
. mknod /dev/test0 c
. ls /dev/test0 -l
crw-r--r-- , Jan : / 十一. 2种字符设备注册:
字符设备底层接口实现linux-3.5/fs/char_dev.c
. static inline int register_chrdev(unsigned int major, const char *name,
const struct file_operations *fops)
{
//该函数调用了下面的3步注册方式
return __register_chrdev(major, , , name, fops);
}
. 3步详细注册:
. struct cdev cdev; //char device
. 分配设备号,有2种方式:
. 动态分配设备号
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count,
. 静态指定设备号
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
. 初始化cdev结构
cdev_init();
. 添加cdev到系统中
cdev_add(); 十二. 驱动中常见的3种结构体:
. struct file_operations; //每个驱动对应一个
. struct inode *inode; //每个文件对应一个
. struct file *file; //文件每打开一次,对应一个file结构维护着打开文件的相关信息
. loff_t f_pos; //文件指针
. unsigned int f_flags; //文件访问标志 十三. 内核空间与用户空间之间拷贝数据:
#include <linux/uaccess.h>
. copy_to_user();
. copy_from_user();
成功返回0,失败返回未完成拷贝的字节数 十四. 驱动被调用函数流程:
. 文件IO系统调用 ---> VFS(虚拟文件系统层) ---> 设备驱动
. 系统调用入口定义:arch/arm/kernel/calls.S
. open系统调用对应的内核入口:sys_open,该函数在VFS实现对应源文件fs/open.c;
. sys_open函数定义：
SYSCALL_DEFINE3(open, const char __user *, filename, int, flags, umode_t, mode)
. 关键函数调用do_sys_open();
. 跟踪该函数do_sys_open(),通过get_unused_fd_flags()返回一个可用的文件描述符,
关键函数调用do_filp_open();
. 跟踪该函数do_filp_open(),
关键函数调用path_openat();
. 跟踪该函数path_openat();
关键函数调用do_last();
. 跟踪该函数do_last();
关键函数调用nameidata_to_filp();
. 跟踪该函数nameidata_to_filp();
. 关键函数调用do_dentry_open();
. 关键步骤:
//把文件inode的file_operations 保存在file结构里
f->f_op = fops_get(inode->i_fop); if (!open && f->f_op)
open = f->f_op->open;
if (open) {
//调用file_operations的open成员函数
error = open(inode, f);
if (error)
goto cleanup_all;
} . 那2中的inode里的i_fop是哪里来的
. linux-3.5/fs/inode.c
. 初始化inode结构的i_fop,调用init_special_inode函数:
void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev)
{
inode->i_mode = mode;
if (S_ISCHR(mode)) {
//如果是字符设备,使用def_chr_fops
inode->i_fop = &def_chr_fops;
inode->i_rdev = rdev;
} else if (S_ISBLK(mode)) {
inode->i_fop = &def_blk_fops;
inode->i_rdev = rdev;
} else if (S_ISFIFO(mode))
inode->i_fop = &def_fifo_fops;
else if (S_ISSOCK(mode))
inode->i_fop = &bad_sock_fops;
else
printk(KERN_DEBUG "init_special_inode: bogus i_mode (%o) for"
" inode %s:%lu\n", mode, inode->i_sb->s_id,
inode->i_ino);
}
. 如果是字符设备,使用def_chr_fops:
const struct file_operations def_chr_fops = {
.open = chrdev_open,
.llseek = noop_llseek,
};
.接下来,跟踪chrdev_open()函数
static int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct cdev *p;
struct cdev *new = NULL;
int ret = ; spin_lock(&cdev_lock);
p = inode->i_cdev;
if (!p) {
struct kobject *kobj;
int idx;
spin_unlock(&cdev_lock);
//找到之前注册的字符设备时添加的cdev结构的kobj
kobj = kobj_lookup(cdev_map, inode->i_rdev, &idx);
if (!kobj)
return -ENXIO; //通过container_of获取cdev结构的地址
new = container_of(kobj, struct cdev, kobj);
spin_lock(&cdev_lock);
/* Check i_cdev again in case somebody beat us to it while
we dropped the lock. */
p = inode->i_cdev;
if (!p) {
inode->i_cdev = p = new;
list_add(&inode->i_devices, &p->list);
new = NULL;
} else if (!cdev_get(p))
ret = -ENXIO;
} else if (!cdev_get(p))
ret = -ENXIO;
spin_unlock(&cdev_lock);
cdev_put(new);
if (ret)
return ret; ret = -ENXIO;
//把字符设备驱动的file_operations保存在file结构里
filp->f_op = fops_get(p->ops);
if (!filp->f_op)
goto out_cdev_put; if (filp->f_op->open) {
//调用file_operations结构的open成员
ret = filp->f_op->open(inode, filp);
if (ret)
goto out_cdev_put;
} return ; out_cdev_put:
cdev_put(p);
return ret;
}