1-驱动

驱动:

• 必做实验一、二、四、五、十一

十天:

• 模块、字符设备框架以及接口、led驱动
• platform总线 原子操作 自旋锁 信号量 IO模型

外设驱动:按键驱动、蜂鸣器驱动、ADC、I2C、输入子系统

学习驱动时需要的基础:

• 1、驱动接口的理解 %50
• 2、操作系统内核机制 %30
• 3、硬件 %20

第一天的重点内容:模块、字符设备框架

什么是驱动？

• driver驾驶员.在内核中提供的一系列接口来操作硬件

现有内核中我们通常以模块的方式写驱动。

• 1、什么是模块 内核中可以随时添加和删除的一部分代码
• 2、为什么要用模块 使用灵活方便、可以规避版权
• 3、模块和应用程序什么区别？

	应用程序	模块
运行空间	用户空间	内核空间
入口	main	加载函数
调用的接口	c库或者系统调用	内核函数
释放空间	自动释放	必须手动释放

• 系统调用的源代码处于内核空间，但是千万不要说系统调用是内核函数

• 了解:内核中可以使用模块的部分包括——驱动、文件系统、网络协议栈

如何去操作一个驱动模块？

模块的三要素:

• 规避版权的宏
• 加载函数
• 卸载函数
• 如何规避版权?MODULE_LICENSE("GPL") 规避GPL版权。如果不使用这个宏也可以编译和执行，但是内核会抱怨(你玷污了内核)。

加载函数:

• 1、自定义加载函数
• int 函数名(void) 建议函数名以_init结尾
• 这种情况下如果要想被内核调用还需要使用一个内核提供的接口：module_init();

vim -t module_init 选择5
297 #define module_init(initfn)                 \
298     static inline initcall_t __inittest(void)       \
299     { return initfn; }                  \
300     int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));

135 typedef int (*initcall_t)(void); <==> typedef int (*)(void) initcall_t

int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));给默认加载函数取别名为initfn
module_init(initfn);告诉系统内核我们的自定义的模块入口为initfn

vim -t module_init 选择4
266 #define module_init(x)  __initcall(x);

212 #define __initcall(fn) device_initcall(fn)

207 #define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 6)

176 #define __define_initcall(fn, id) \
177     static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
178     __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn

假设module_init(hello_init) <==> static initcall_t __initcall_hello_init6 __used __attribute__((__section__(.initcall6.init))) = hello_init
最终的结果的作用是通过initcall_t类型定义了一个变量__initcall_hello_init6 __used __attribute__((__section__(.initcall6.init))),同时这个变量被赋值为hello_init
上面的变量最终编译后会被放到.initcall6.init这个代码分段中。
进入到arch/arm/kernel/vmlinux.lds来寻找上面的分段

内核在什么时候调用module_init();?

• a、init/main.c中的start_kernel();
• ==> rest_init();
• ==>kernel_init
• ==> kernel_init_freeable()
• ==> do_basic_setup();
• ==>do_initcalls()

for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1;level++)  
725 static initcall_t *initcall_levels[] __initdata = {
726     __initcall0_start,
727     __initcall1_start,
728     __initcall2_start,
729     __initcall3_start,
730     __initcall4_start,
731     __initcall5_start,
732     __initcall6_start, 这个符号就是我们的加载函数所在分段的起始地址
733     __initcall7_start,
734     __initcall_end,
735
    };

• b、默认加载函数

  • int init_module(void)

• 2、卸载函数

  • 自定义的卸载函数 void 函数名(void) 建议函数名以_exit结尾

• 调用module_exit(自定义卸载函数名)来告诉内核我们自定的函数是模块的出口

• 默认的卸载函数 void cleanup_module(void)

• 注意：在内核中形参为void不能省略

• 自己写一个模块程序熟悉流程。

• make tags 产生tags文件用于我们查看内核中的函数或者宏

  • 1、自定义模块的入口函数
  • 2、自定义模块的出口函数
  • 3、告诉内核我们的入口和出口是哪些自定义函数 module_init module_exit
  • 4、规避版权 MODULE_LICENSE

驱动程序的编译:

• 1、直接将驱动程序放到内核中指定的文件夹中，将驱动的二进制内容添加到uImage文件中
  操作流程：写好一个驱动程序，拷贝到drivers/char目录下
  • 修改drivers/char/Kconfig,添加：
  • config HELLO
  • tristate "my first driver hello"
• 修改drivers/char/Makefile，在最后一行添加obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
• 回到顶层目录执行make menuconfig,找到my first driver hello这个选项，选中为*
• make uImage
• cp arch/arm/boot/uImage /tftpboot然后启动开发板，如果驱动加载成功会在串口终端上看见hello init success

2、如果直接将驱动编译到uImage文件中，无论这个驱动使用不使用都会占用内存空间，所以为了节省空间我们通常选择编译成模块

• 编译成模块又分成两种方法：
• 第一种：内部编译
  • a、将驱动hello.c放在drivers/char目录下
  • b、修改Kconfig文件
    • config HELLO
    • tristate "my first driver hello"
• c、修改drivers/char/Makefile，在最后一行添加obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
• d、回到顶层目录make menuconfig 将我们添加的选项选为M
• e、在顶层目录执行make modules 默认在drivers/char目录下生成一个hello.ko的文件(这个文件模块文件)
• f、拷贝到rootfs目录下,然后去挂载开发板
• g、在开发板上执行insmod hello.ko

模块文件名：hello.ko

• 模块名：hello
• 模块的命令：

  • insmod 模块文件名 作用为模块文件在内核中分配空间

  • 例子：insmod hello.ko

  • 查看驱动的打印信息：dmesg如果执行成功会打印hello init success

  • rmmod 模块名 作用是将模块从内核中释放掉

  • dmesg 会打印hello exit success

  • 例如：rmmod hello

• 第二种：外部编译(比较常用的方式，但这种方式比较难理解)
• 我们的驱动程序不需要拷贝到内核源码目录下，任意存放就可以
• 要想写一个外部编译的Makefile先了解一个文件:/lib/modules/3.5.0-23-generic/build,这个文件是一个软连接文件。
• 通过软连接build查看到它的源路径为/usr/src/linux-headers-3.5.0-23-generic,这文件夹相当于是内核源码的顶层目录。
• 在/usr/src/linux-headers-3.5.0-23-generic目录下有一个Makefile文件，
• 文件的1181行有一句话1181 # make M=dir modules 在编译模块时需要用M=模块的绝对路径,其中M不能变

$(shell uname -r) 这里的shell是Makefile的一个函数，作用就是在Makefile调用shell命令
uname -r 显示当前操作系统的内核版本

验证过程:

sudo dmesg -c 清除内核缓存区中的信息
sudo insmod hello.ko
dmesg

sudo rmmod hello
dmesg