知识图

文章目录

• • 知识图
  • 认识Linux 设备驱动
  • • 驱动的作用
    • 无操作系统时的驱动（裸机)
    • 有操作系统时的驱动(Linux系统)
    • 驱动的分类
    • Linux 源码下载
    • Linux 源码目录结构
  • 编写第一个驱动
  • • 最简单的Linux驱动结构
  • 如何编译驱动程序
  • • Linux内核模块的编译
    • • 什么是Linux内核模块
      • 例子
      • Linux 内核模块命令
    • 将驱动编译在Linux内核里面
    • • make menuconfig图形化配置界面
      • 与make menuconfig有关的文件
      • • Makefile，config，Kconfig关系
        • Kconfig文件
        • config文件和.config文件
      • Kconfig语法
      • • mainmenu
        • 配置选项
        • 依赖关系
        • 可选择项
        • 注释
        • source
  • 驱动模块传参
  • • 驱动传参的意义
    • • 驱动可以传递的参数类型
      • 如何给驱动传递参数
      • 参数的读写权限
      • 例子
  • 内核符号表
  • • 符号表
    • 内核符号表导出
    • 例子

认识Linux 设备驱动

驱动的作用

驱动的作用
从字面上解释，驱动就是“让硬件动起来"，所以驱动是直接和硬件打交道的，是底层硬件和上层软件的桥梁。

无操作系统时的驱动（裸机)

有的时候并不一定需要操作系统，比如用单片机进行简单的通断控制,从编程角度来说，直接控制寄存器就可以了，也就是直接和硬件打交道。

有操作系统时的驱动(Linux系统)

有了操作系统以后，编写驱动就变的比较复杂，要基于Linux的各种驱动框架进行编程。但是当驱动都按照系统给出的框架进行编程以后，就可以提供一个统一的接口给应用程序调用。

驱动的分类

Linux将驱动分为三类。

字符设备：字符设备指那些必须以串行顺序依次进行访问的设备，如鼠标。

网络设备：块设备可以按照任意顺序进行访问，如硬盘。

块设备：网络设备是面向数据包的接收和发送。

Linux 源码下载

我们可以在https://www.kernel.org/下载到最新的Linux内核源码。历史版本可以在 https://www.kernel.org/pub/下载历史版本，一般我们使用的半导体产商提供的源码：NPX（恩智浦），MTK（联发科），ALLWINNER（全智），RK，TI（德州仪器）等等。

编译介绍

Linux 源码目录结构

Linux内核源码包含多级目录，形成一个巨大的树状结构，进入源码所在的目录，就是Linux源码的顶层目录。例举linux-5.15

编写第一个驱动

最简单的Linux驱动结构

一个最简单的Linux驱动主要由以下几个部分组成：
(1）头文件（必须有)
驱动需要包含内核相关头文件。必须包含和

(2）驱动加载函数。(必须有)
当加载驱动的时候，驱动加载函数会自动被内核执行。

(3）驱动卸载函数（必须有)
当卸载驱动的时候，驱动卸载函数会自动被内核执行。

(4）许可证声明（必须有)
Linux内核是开源的，遵守GPL协议，驱动在加载的时候也要遵守相关的协议，可以接收的License有"GPL"、“GPL v2”、"GPL and additional rights"、"Dual BSD/GPL"、"Dual MIT/GPL"、"Dual MPL/GPL"。内核驱动中最常见的是GPL v2。

(5）模块参数（可选)
模块参数是模块被加载的时候传递给内核模块的值。
可以声明驱动的作者信息和代码的版本信息。

如何编译驱动程序

第一种编译方法：将驱动放在Linux内核里面，然后编译Linux内核。将驱动编译到Linux内核里面。
第二种编译方法：将驱动编译成内核模块，独立于Linux内核以外。

Linux内核模块的编译

什么是Linux内核模块

内核模块是Linux系统中一个特殊的机制，可以将一些使用频率很少或者暂时不用的功能编译成内核模块，在需要的时候在动态加载到内核里面。
使用内核模块可以减小内核的体积，加快启动速度。并且可以在系统运行的时候插入或者卸载驱动，无需重启系统。内核模块的后缀是.ko

Makefile解析：

# 表示把目标文件helloworld.o作为模块进行编译。obj就是object的缩写，-m表示编译成模块。
obj-m += helloworld.o# 使用绝对路径的方式指定内核源码的路径。
# KDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build 在ubuntu 编译，
# 在某版本的linux内核源码编译
KDIR:=/home/fengzc/study/linux-5.15/# 获取Makefile文件所在的路径
PWD?=$(shell pwd)# 进到KDIR目录，使用PWD路径下源码和Makefile文件编译驱动模块
make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules# 清除编译文件
rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order

例子

1. 驱动源码helloworld.c

   #include 
   #include static int helloworld_init(void){printk("helloworld init\n");return 0;
   }static void helloworld_exit(void){printk("helloworld exit");
   }module_init(helloworld_init);
   module_exit(helloworld_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
   MODULE_AUTHOR("FZC");
   MODULE_VERSION("V1.0");
   

2. 在驱动源码目录下创建Makefile文件

   obj-m += helloworld.o
   KDIR:=/home/fengzc/study/linux-5.15/
   PWD?=$(shell pwd)
   all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
   clean:rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order
   

3. [Linux 源码下载](Linux 源码下载)的内核源码编译通过，内核不编译通过，无法编译内核模块

4. 设置环境变量(看设置)

   #设置架构,x86,arm64等
   export ARCH=arm64
   export CROSS_COMPILE=xxxxxx
   

5. 输入make编译，编译成功后驱动源码目录下，生成helloworld.ko

Linux 内核模块命令

模块加载命令

• insmod命令

  功能:载入Linux内核模块

  语法:

  insmod 模块名

  举例：

  insmod helloworld.ko

• modprobe命令
  功能:加载Linux内核模块，同时这个模块所依赖的模块也同时被加载语法

  语法：

  modprobe 模块名

  举例：

  modprobe helloworld.ko

模块卸载命令

• rmmode 命令

  功能:移除已经载入Linux的内核模块

  语法：rmmod 模块名
  rmmod helloworld.ko

查看模块信息命令

• lsmod命令

  功能：列出已经载入Linux的内核模块
  也可以使用命令cat /proc/modules来查看模块是否加载成功。

• modinfo命令

  功能：查看内核模块信息

  语法：modinfo 模块名

  举例：
  modinfo helloworld.ko

将驱动编译在Linux内核里面

make menuconfig图形化配置界面

1. 打开图形化配置界面
   使用命令export ARCH=arm设置平台架构，平台架构是arm，arm64，还是mips要根据实际开发板架构选择。然后在内核源码的顶层目录下，输入命令make menuconfig。

2. 常见错误

   • 如果提示错误"'make menuconfig' requires the ncurses libraries"，请使用命令sudo apt-get install libncurses5-dev安装ncurses。
   • 提示"Your display is too small to run Menuconfig!"这个错误是因为控制终端的窗口太小，放大窗口或者全屏操作即可。
   • 提示"make:*** No rule to make target 'menuconig'. Stop."这个错误是没有在内核源码的顶层目录输入make menuconfig

3. 图形化配置界面操作

   • 移动

     使用键盘的上,下,左,右按键可以移动光标。

   • 搜索功能

     输入“/”即可弹出搜索界面，然后输入我们要搜索的内容即可

   • 配置驱动选项状态操作

     • 把驱动编译成模块，用M来表示
     • 驱动编译到内核里面，用*
     • 不编译

     使用“空格”按键来配置这三种不同的状态。
     选项的状态有[]，<>，()三种表示状态，其中

     []表示有两种状态，只能设置成选中或者不选中，

     <>M表示有三种状态，可以设置成选中，不选中，和编译成模块。

     ()表示用来存放字符串或者16进制数。

与make menuconfig有关的文件

Makefile，config，Kconfig关系

用做菜类比他们之间的关系:

Makefile文件相当于菜的做法。

Kconfig文件相当于饭店的菜单

.config文件相当于我们使用饭店的菜单点完的菜品

Kconfig文件

Kconfig文件是图形化配置界面的的源文件，图形化配置界面中的选项由Kconfig文件决定。当我们执行命令make menuconfig命令的时候，内核的配置工具会读取内核源码目录下的arch/xxx/Kconfig。xxx是命令export ARCH=arm中的ARCH的值。然后生成对应的配置界面供开发者使用。

config文件和.config文件

config文件和.config文件都是Linux内核的配置文件，config文件位于Linux内核源码的arch/$(ARCH)/configs目录下，是Linux系统默认的配置文件。.config文件位于Linux内核源码的顶层目录下，编译linux内核时会使用.config文件里面的配置来编译内核镜像。
若.config存在，make menuconfig界面的默认配置即当前.config文件的配置，若修改了图形化配置界面的设置并保存，则.config文件会被更新
若.config文件不存在，make menuconfig界面的默认配置则为Kconfig文件中的默认配置。使用命令make xxx_defconfig命令会根据arch/$(ARCH)/configs目录下默认文件生成.config文件。

Kconfig语法

mainmenu

可以用menu，endmenu来生成菜单，menu是菜单开始的标志，endmenu是菜单结束的标志。这俩个是成对出现的。

menuconfig HELLOWORLD
endmenu

​

配置选项

使用关键字config来定义一个新的选项。每个选项都必须指定类型，类型包括bool，tristate，string，hex，int。最常见的是bool，tristate，string这三个。其中：

bool类型有俩种值：y和n

tristat有三种值：y、m和n

string：为字符串类型

help表示帮助信息，当我们在图形化界面按下h按键，弹出来的就是help的内容。

举例:

config HELLOWORLDbool "hello world support"default yhelphello world

依赖关系

Kconfig中的依赖关系可以用depends on和select。

直接举例说明:
depends on表示直接依赖关系:

config Adepends on B
#表示选项A依赖选项B，只有当B选项被选中时，A选项才可以被选中。	

select表示反向依赖关系:

config Aselect B
#在A选项被选中的情况下，B选项自动被选中。

可选择项

使用choice和endchoice定义可选择项。

直接举例说明:

choicebool "a“
config bboot b1
config cboot c1
...
endchoice

注释

Kconfig中使用comment用于注释，不过此注释非彼注释，这个注释是在图形化界面中显示一行注释。
举例:

config TEST_CONFIGbool "test"default yhelpjust test
comment "just test"

source

source用于读取另一个Kconfig文件，如source "init/Kconfig"就是读取init目录下的Kconfig文件。

例子

1、/home/fengzc/study/linux-5.15/drivers/char创建helloworld文件夹

2、/home/fengzc/study/linux-5.15/drivers/char/helloworld创建Kconfig

config HELLOWORLDbool "hello world support"default yhelphello world

3、/home/fengzc/study/linux-5.15/drivers/char/Kconfig里增加

source "drivers/char/helloworld/Kconfig"

4、通过make menuconfig命令，查看Device Drivers ---> Character devices ---> [*] hello world support ，然后save保存退出

5、编写/home/fengzc/study/linux-5.15/drivers/char/helloworld驱动

helloworld.c

#include 
#include static int helloworld_init(void){printk("helloworld init\n");return 0;
}static void helloworld_exit(void){printk("helloworld exit");
}module_init(helloworld_init);
module_exit(helloworld_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FZC");
MODULE_VERSION("V1.0");

6、编译写Makefile

obj-$(CONFIG_HELLOWORLD) += helloworld.o
KDIR:=/home/fengzc/study/linux-5.15/
PWD?=$(shell pwd)
all:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order

7、/home/fengzc/study/linux-5.15/drivers/char/Makefile修改添加

obj-y                           += helloworld/

8、查看有没有编译Linux内核里（烧录镜像有没有helloworld日志打印）

驱动模块传参

驱动传参的意义

优势：

1. 通过驱动传参，可以让驱动程序更加灵活。兼容性更强。
2. 可以通过驱动传参，设置安全校验，防止驱动被盗用。

不足：

1. 使驱动代码变得复杂化
2. 增加了驱动的资源占用。

驱动可以传递的参数类型

c语言中常用的数据类型内核大部分都支持驱动传参。这里将内核支持的驱动传递参数的类型分成三类：

基本类型：char，bool，int，long，short，byte，ushort，uint。

数组：array

家符串：string

如何给驱动传递参数

驱动支持的参数类型有基本类型，数组，字符串。这三个类型分别对应函数：

module_param：传递基本类型函数

函数功能：传递基本类型参数给驱动

函数原型：module_param(name,type,perm)

函数参数:

​ name：要传递给驱动代码中的变量的名字。

​ type：参数类型。

​ perm：参数的读写权限。

module_param_array：传递数组类型函数

函数功能:传递数组类型参数给驱动

函数原型: module_param_array(name,type,nump,perm)

函数参数:

​ name：要传递给驱动代码中的变量的名字。

​ type：参数类型。

​ nump：数组的长度。

​ perm：参数的读写权限。

module_param_string：传递字符串类型函数

函数功能：传递字符串类型参数给驱动

函数原型：module_param(name,string,len,perm)

函数参数:

​ name：要传递给驱动代码中的变量的名字。

​ string：驱动程序中变量的名字，要和参数name的名字保持一致。

​ len：字符串的大小。

​ perm：参数的读写权限。

MODULE_PARM_DESC函数

函数功能：描述模块参数的信息。

在include/linux/moduleparam.h

定义函数原型: MODULE_PARM_DESC(_parm, desc)

函数参数:

​ _parm：要描述的参数的参数名称。

​ desc：描述信息。

这三个函数在Linux内核源码include/linux/moduleparam.h中有定义，如下:

#define module_param(name, type, perm)                          \module_param_named(name, name, type, perm)#define module_param_array(name, type, nump, perm)              \module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)#define module_param_string(name, string, len, perm)                    \static const struct kparam_string __param_string_##name         \= { len, string };                                      \__module_param_call(MODULE_PARAM_PREFIX, name,                  \¶m_ops_string,                          \.str = &__param_string_##name, perm, -1, 0);\__MODULE_PARM_TYPE(name, "string")

参数的读写权限

读写权限在include/linux/stat.h和include/uapi/linux/stat.h下有定义，一般使用S_IRUGO,也可以使用数字表示，如444表示S_IRUGO
include/uapi/linux/stat.h

# S_I不管，R:可读，W：可写，X：可执行，U、USR：用户所有者user，G、GRP：用户组，O，TH：其他人
#define S_IRWXU 00700  
#define S_IRUSR 00400
#define S_IWUSR 00200
#define S_IXUSR 00100#define S_IRWXG 00070
#define S_IRGRP 00040
#define S_IWGRP 00020
#define S_IXGRP 00010#define S_IRWXO 00007
#define S_IROTH 00004
#define S_IWOTH 00002
#define S_IXOTH 00001

include/linux/stat.h

#define S_IRWXUGO       (S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO)
#define S_IALLUGO       (S_ISUID|S_ISGID|S_ISVTX|S_IRWXUGO)
#define S_IRUGO         (S_IRUSR|S_IRGRP|S_IROTH)
#define S_IWUGO         (S_IWUSR|S_IWGRP|S_IWOTH)
#define S_IXUGO         (S_IXUSR|S_IXGRP|S_IXOTH)

例子

#include 
#include 
#include static int a = 0;
static int array[5] = {0};
static int array_size;
static char str1[10] = {}module_param(a, int ,S_IRUGO)
MODULE_PARAM_DESC(a, "e.g. a = 1");module_param_array(array, int, &array_size, S_IRUGO);
MODULE_PARAM_DESC(array, "e.g. array=1, 2, ");module_param_string(str, str1, sizeof(str1), S_IRUGO);
MODULE_PARAM_DESC(str, "e.g. str = hellow")static int helloworld_init(void){int i = 0;printk("a is %d\n, a");for(i = 0;i< array_size;i ++){printk("array[%d] is %d\n", i, }printk("str1 is %s\n", str1);printk("helloworld init\n");return 0;
}static void helloworld_exit(void){printk("helloworld exit");
}module_init(helloworld_init);
module_exit(helloworld_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FZC");
MODULE_VERSION("V1.0");

编译成内核模块 ，通过命令insmod helloworld.ko a=1 array=1,2,3 str=hello

内核符号表

驱动程序可以编译成内核模块，也就是KO文件。每个KO文件是相互独立的，也就是说模块之间无法互相访问。但是在某些使用场景下要互相访问，如B模块要用A模块中的函数。此时符号表的概念就引入了

符号表

所谓“符号"就是内核中的函数名，全局变量名等。符号表就是用来记录这些“符号”的文件。

内核符号表导出

模块可以使用一下宏EXPORT_SYMBOL和EXPORT_SYMBOL_GPL导出符号到内核符号表中。
例:

EXPORT_SYMBOL(符号名);

EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名);//只适用于包含GPL许可的模块。

导出去的符号可以被其他模块使用。使用前只需要声明一下即可。

例子

a.c

#include 
#include extern int add(int a, int b);int add(int a, int b){return a + b;
}EXPORT_SYMBOL(add);static int helloA_init(void){printk("helloA init\n");return 0;
}static void helloA_exit(void){printk("helloA exit");
}module_init(helloA_init);
module_exit(helloA_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FZC");
MODULE_VERSION("V1.0");

b.c

#include 
#include extern int add(int a, int b);static int helloB_init(void){printk("helloB init\n");int a = 0;a = add(1,2);printk("a value = %d", a);return 0;
}static void helloB_exit(void){printk("helloB exit");
}module_init(helloB_init);
module_exit(helloB_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FZC");
MODULE_VERSION("V1.0");

1. 编译a.c,得到a.ko的Module.symvers，然后将它复制b.c的同级目录
2. 编译b.c得到b.ko
3. 先加载insmod a.ko，然后insmod b.ko，这样b模块就可以使用a模块的函数了
4. 卸载先rmmod b.ko，然后rmmod a.ko