Linux驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)入門與實(shí)戰(zhàn)（第2版）：第5章 構(gòu)建第一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序

第5章構(gòu)建第一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序萬(wàn)事開(kāi)頭難，寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序也一樣，本章將構(gòu)建第一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序和模塊的關(guān)系非常密切，所以這里將詳細(xì)講解模塊的相關(guān)知識(shí)。而模塊編程成敗與否的先決條件是要有統(tǒng)一的內(nèi)核版本，所以這里將講解怎樣升級(jí)內(nèi)核版本。最后為了提高程序員的編程效率，這里將介紹兩種集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。5.1開(kāi)發(fā)環(huán)境配置之內(nèi)核升級(jí)構(gòu)建正確的開(kāi)發(fā)環(huán)境，對(duì)寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序非常重要。錯(cuò)誤的開(kāi)發(fā)環(huán)境，編寫(xiě)出的驅(qū)動(dòng)程序不能正確運(yùn)行。特別是關(guān)于內(nèi)核版本的問(wèn)題，內(nèi)核版本不匹配，會(huì)使驅(qū)動(dòng)程序根本不能在系統(tǒng)中運(yùn)行，所以需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行升級(jí)。本節(jié)我們將對(duì)FedoraCore9進(jìn)行內(nèi)核升級(jí)，首先將說(shuō)明為什么要升級(jí)內(nèi)核。5.1.1為什么升級(jí)內(nèi)核內(nèi)核是一個(gè)提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。根據(jù)內(nèi)核是否被修改過(guò)，可以將內(nèi)核分為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核和廠商內(nèi)核兩類。5.1.2內(nèi)核升級(jí)盡管在FedoraCore9中可以使用“軟件包管理器工具”對(duì)內(nèi)核進(jìn)行升級(jí)，但是畢竟是開(kāi)發(fā)廠商編譯的內(nèi)核有其局限性。里面添加了很多驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)不需要的模塊，而驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)需要的模塊卻沒(méi)有開(kāi)啟。因此，學(xué)會(huì)自己手動(dòng)編譯升級(jí)內(nèi)核也是很必要的。這里，我們將內(nèi)核升級(jí)為linux2.6.29.4。5.1.3makemenconfig的注意事項(xiàng)在升級(jí)內(nèi)核的過(guò)程中，第6步需要非常的注意。第6步是對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置，特別是對(duì)CPU進(jìn)行配置。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核源碼對(duì)CPU的默認(rèn)配置是：Pentium-Pro，其是高性能奔騰處理器。在很多情況下，如果使用這個(gè)CPU配置編譯內(nèi)核，那么很可能會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)無(wú)法識(shí)別CPU的錯(cuò)誤。所以建議將CPU類型改為目前通用的X586類型。5.2HelloWorld驅(qū)動(dòng)程序本節(jié)將帶領(lǐng)讀者編寫(xiě)第一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，該驅(qū)動(dòng)模塊的功能是在加載時(shí)，輸出“Hello,World”；在卸載時(shí)，輸出“Goodbye,World”。這個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊雖然非常簡(jiǎn)單，但是也包含了驅(qū)動(dòng)模塊的重要組成部分。在本節(jié)的開(kāi)始，將先對(duì)模塊的重要組成部分進(jìn)行介紹。5.2.1驅(qū)動(dòng)模塊的組成一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊主要有如下部分組成，如圖5.2所示。圖5.2表示的是一個(gè)規(guī)范的驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)該包含的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在圖中的順序也是在源文件中的順序。不按照這樣的順序來(lái)編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)模塊也不會(huì)出錯(cuò)，只是大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員都喜歡這樣的順序規(guī)范。下面對(duì)主要的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行說(shuō)明。5.2.2HelloWorld模塊任何一本關(guān)于編程的書(shū)，幾乎都以“HelloWorld”開(kāi)始?，F(xiàn)在，來(lái)看一下最簡(jiǎn)單的一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。5.2.3編譯HelloWorld模塊在對(duì)HelloWorld模塊進(jìn)行編譯時(shí)，需要滿足一定的條件：1．編譯內(nèi)核模塊的條件2．Makefile文件3．Makefile文件的執(zhí)行過(guò)程4．編譯模塊5.2.4模塊的操作Linux為用戶提供了modutils工具，用來(lái)操作模塊。這個(gè)工具集主要包括:insmod命令加載模塊。rmmod命令卸載模塊。modprobe命令是比較高級(jí)的加載和刪除模塊命令，其可以解決模塊之間的依賴性問(wèn)題。lsmod命令列出已經(jīng)加載的模塊和其信息。modinfo命令用于查詢模塊的相關(guān)信息，比如作者，版權(quán)等。5.2.5HelloWorld模塊加載后文件系統(tǒng)的變化當(dāng)使用insmod

hello.ko加載模塊后文件系統(tǒng)會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢？文件系統(tǒng)存儲(chǔ)著有關(guān)模塊的屬性信息。程序員可以從這些屬性信息中了解目前模塊在系統(tǒng)中的狀態(tài)，這些狀態(tài)對(duì)開(kāi)發(fā)調(diào)試非常重要。5.3模塊參數(shù)和模塊之間通訊為了增加模塊的靈活性，可以給模塊添加參數(shù)。模塊參數(shù)可以控制模塊的內(nèi)部邏輯，從而使模塊可以在不同的情況下，完成不同的功能，下面首先對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行介紹。5.3.1模塊參數(shù)用戶空間的應(yīng)用程序可以接受用戶的參數(shù)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有時(shí)候也需要接受參數(shù)。例如一個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)兩種相似的功能，這時(shí)可以傳遞一個(gè)參數(shù)到驅(qū)動(dòng)模塊，以決定其使用哪一種功能。參數(shù)需要在加載模塊時(shí)指定，例如inmod

xxx.ko

param=1。5.3.2模塊的文件格式ELF了解模塊以何種格式存儲(chǔ)在硬盤中，對(duì)于理解模塊間怎樣通訊時(shí)非常有必要的。5.3.3模塊之間的通訊模塊是為了完成某種特定任務(wù)而設(shè)計(jì)的。其功能比較的單一，為了豐富系統(tǒng)的功能，所以模塊之間常常進(jìn)行通信。其之間可以共享變量，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以調(diào)用對(duì)方提供的功能函數(shù)。5.3.4模塊之間的通訊實(shí)例本實(shí)例通過(guò)兩個(gè)模塊來(lái)介紹模塊之間的通信。模塊add_sub提供了兩個(gè)導(dǎo)出函數(shù)add_integer()和sub_integer()，分別完成兩個(gè)數(shù)字的加法和減法。模塊test用來(lái)調(diào)用模塊add_sub提供的兩個(gè)方法，完成加法或者減法操作。1．a(chǎn)dd_sub模塊2．test模塊3．編譯模塊4．測(cè)試模塊5.4將模塊加入內(nèi)核當(dāng)編譯了模塊，如果希望模塊隨系統(tǒng)一起啟動(dòng)，那么需要將模塊靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核。將模塊靜態(tài)編譯入內(nèi)核，需要完成一些必要的步驟。5.4.1向內(nèi)核添加模塊向Linux內(nèi)核中添加驅(qū)動(dòng)模塊，需要完成4個(gè)工作：（1）編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序文件。（2）將驅(qū)動(dòng)程序文件放到Linux內(nèi)核源碼的相應(yīng)目錄中，如果沒(méi)有合適的目錄，可以自己建立一個(gè)目錄來(lái)存放驅(qū)動(dòng)程序文件。（3）在目錄的Kconfig文件中添加新驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)的項(xiàng)目編譯選擇。（4）在目錄的Makefile文件中添加新驅(qū)動(dòng)程序的編譯語(yǔ)句。5.4.2Kconfig內(nèi)核源碼樹(shù)的目錄下都有兩個(gè)文件Kconfig和Makefile。分布到各目錄的Kconfig文件構(gòu)成了一個(gè)分布式的內(nèi)核配置數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)Kconfig文件分別描述了所屬目錄源文檔相關(guān)的內(nèi)核配置菜單。在內(nèi)核配置makemenuconfig(或xconfig等)時(shí)，從Kconfig中讀出菜單，用戶選擇后保存到.config這個(gè)內(nèi)核配置文檔中。在內(nèi)核編譯時(shí)，主目錄中的Makefile調(diào)用這個(gè).config文件，就知道了用戶的選擇。5.4.3Kconfig的語(yǔ)法Kconfig語(yǔ)法較為簡(jiǎn)單，其語(yǔ)法在Documentation/kbuild/kconfig-language.txt文件中做了介紹。歸納起來(lái)Kconfig的語(yǔ)法主要包括以下幾個(gè)方面：1．主要語(yǔ)法總覽2．菜單入口（config）3．菜單結(jié)構(gòu)（menu）4．選擇菜單（choice）5．注釋菜單（comment）5.4.4應(yīng)用實(shí)例：在內(nèi)核中新增加add_sub模塊下面講解一個(gè)綜合實(shí)例，假設(shè)我們將要在內(nèi)核中添加一個(gè)add_sub模塊?？紤]add_sub模塊的功能，決定將該模塊加到內(nèi)核源碼的drivers目錄中。在drivers目錄中增加一個(gè)add_sub_Kconfig子目錄。5.4.5對(duì)add_sub模塊進(jìn)行配置當(dāng)將add_sub模塊的源文件加入到內(nèi)核源代碼中后，需要