Linux 设备驱动开发实例

2022-06-02 06:10:41

编译和运行

驱动编译要用到kernel的Makefile文件 — — 也就是源码树的编译系统。因此，源码需要被配置和编译，以ubuntu自带的源码为例：

编译外部模块(.ko)的编译命令是：

make -C <path_to_kernel_src> M=mak**e?C<pathtokernelsrc>M=PWD

也就是进入到kernel目录，利用kbuild系统来编译驱动文件。obj-m 告诉编译系统需要编译成一个module(.ko)，foo.o表明需要源文件是foo.c或者foo.S，如果驱动模块包含多个文件(如: foo_main.c, foo_common.c)，写法如下：

kbuild将编译$(foo-y)列出的所有文件，合并产生 foo.ko

在编译期间，模块的Makefile会被kbuild多次读取，因此建议使用$(KERNELRELEASE)来区分Makefile的使用阶段，优化后的Makefile如下：

第一次运行make的时侯，$(KERNELRELEASE) 为空，因此，Makefile的 ‘else‘ 内容首先被读取，然后，执行 *‘make -C .....’*，执行过程中，会回读Makefile文件，这次， ‘ifneq‘ 条件满足，两次走不同的路径，编译系统配置不同的变量参数。

如果，不使用 $(KERNELRELEASE) 区分的话，每次编译系统都会设置所有的变量和规则，可能会与kernel的Makefile变量或者规则冲突，因此，建议在(KERNELRELEASE)为空的情况下，配置driver专用的变量和规则，除了使用(KERNELRELEASE)为空的情况下，配置drive**r专用的变量和规则，除了使用(KERNELRELEASE)外，kernel还提供了一些其它的做法，
更多的kernel 编译系统信息，请参考kernel源码下的 “Documentation/kbuild/”

驱动模块运行相关命令

insmod foo.ko —— 加载driver 到kernel去运行。
rmmod foo —— 从kernel 移除driver.
lsmod —— 查看当前kernel 运行的模块。

字符设备

字符设备驱动实际上就是实现一个文件接口，让设备文件可以像一个普通文件那样来访问，这样应用程序就可以使用libc库的‘文件IO API(open/write/read/close 系列函数)‘ 来访问驱动程序，与驱动交换数据，因此，它的核心就是实现文件系统的接口－－文件操作。

程序入口

宏内核与微内核的一个最大区别就是驱动程序的运行空间。微内核系统，驱动程序作为一个应用程序，运行在用户空间，它的入口就是应用程序的‘main’函数。 Linux作为一个宏内核系统，它的驱动程序与内核是一体的，运行在内核空间，它的入口是 ‘module_init’，‘module_exit’则是对应的退出函数，它们一定是成对出现的。

foo_init 执行了最基本的字符设备操作：使用 cdev_add 添加一个 ‘cdev‘到字符设备列表(其实是一个map结构)，这样就把foo这个字符设备托付给kernel进行管理了，当应用程序操作相应的设备文件时，kernel能调度到foo驱动程序。

foo_exit 一定要使用 cdev_del 从列表里面删除设备，不然，当kernel从列表里面查找到 cdev时，返回的将是“过时”的指针，使用它来 callback相应操作时，就会出现空指针异常，导致kernel会挂掉。切记！foo_init 和 foo_exit 一定要成对使用，执行相反的操作。

bug 实例：

foo_exit 不执行 cdev_del 函数。
insmod foo.ko －－ OK。
应用程序对设备文件读写－－ OK。
rmmod foo －－ OK。
insmod foo.ko －－ OK。
应用程序对设备文件读写－－ core dump。

‘rmmod foo’时，会调用 foo_exit，但是，程序员忘了执行 cdev_del 函数，导致 foo.cdev 的指针没有被删除而变成了一个空指针，它仍然在字符设备列表里面。当第二次插入foo.ko后，读写该设备时，Kernel找的是旧的 foo.cdev 空指针，用它调用相应的文件操作时，就发生了空指针的 core dump 错误。