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Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)踐：帶你一步一步編譯內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序

時(shí)間：2021-11-15 14:35:08

關(guān)鍵字：內(nèi)核編譯驅(qū)動(dòng)程序

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[導(dǎo)讀]作?者：道哥，10年嵌入式開發(fā)老兵，專注于：C/C、嵌入式、Linux。關(guān)注下方公眾號(hào)，回復(fù)【書籍】，獲取Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍；回復(fù)【PDF】，獲取所有原創(chuàng)文章(PDF格式)。目錄學(xué)習(xí)的困惑實(shí)踐環(huán)境編譯進(jìn)內(nèi)核編譯為驅(qū)動(dòng)模塊資料下載別人的經(jīng)驗(yàn)，我們的階梯！大家好，我是道哥...

作者：道哥，10 年嵌入式開發(fā)老兵，專注于：C/C 、嵌入式、Linux。

關(guān)注下方公眾號(hào)，回復(fù)【書籍】，獲取 Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍；回復(fù)【PDF】，獲取所有原創(chuàng)文章( PDF 格式)。

學(xué)習(xí)的困惑
實(shí)踐環(huán)境
編譯進(jìn)內(nèi)核
編譯為驅(qū)動(dòng)模塊
資料下載

別人的經(jīng)驗(yàn)，我們的階梯！

大家好，我是道哥。今天給大家分享一些筆記本里的一些存貨: Linux 系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)和中斷相關(guān)。

大概會(huì)用 6~7 篇的文章，由淺入深的為大家介紹Linux中驅(qū)動(dòng)程序的編寫方法。

文章的順序，也是我之前自己學(xué)習(xí)時(shí)的順序。

以前的學(xué)習(xí)記錄比較零散，現(xiàn)在只是把它們按照一定的順序重新梳理一下。

這幾篇文章，理論知識(shí)會(huì)少一些，更注重實(shí)際的操作。

我會(huì)把操作用引導(dǎo)的代碼，全部上傳到網(wǎng)盤上，在文末有下載說明。

只要根據(jù)文中介紹的步驟進(jìn)行操作，就一定可以操作成功。

學(xué)習(xí)的困惑

記得以前我在開始學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)開發(fā)的時(shí)候，找來很多文章、資料來學(xué)習(xí)，但是總是覺得缺少了點(diǎn)全局視角。

就好像：我想看清一座山的全貌，但總是被困在一個(gè)、又一個(gè)山谷中一樣。

主要的困惑有 3 點(diǎn)：

每一篇文章的介紹都是正確的，但是如果把很多文章放在一起看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)怎么說的都不一樣啊？

有些文章注重函數(shù)的介紹，但是缺乏一個(gè)全局的視角，從整體上來觀察驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu);

對(duì)于一個(gè)新手來說，能夠邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐，這是最好的學(xué)習(xí)方式，但是很多文章不會(huì)注意這方面。雖然文章內(nèi)容很漂亮，但是不知道怎么去實(shí)踐、驗(yàn)證。

因此，這幾篇文章我們就從最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)模塊編譯開始，然后介紹字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

在這部分，會(huì)以 GPIO 為例子，重點(diǎn)描述其中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

最后再介紹在中斷處理程序中，如何利用信號(hào)量、小任務(wù)、工作隊(duì)列，把內(nèi)核事件傳遞到應(yīng)用層來處理。

作為第一個(gè)開篇文章，從最簡(jiǎn)單的內(nèi)核編譯開始。

實(shí)際操作一下：如何把一個(gè)最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序(hello)，按照 2 種方式進(jìn)行編譯：

編譯進(jìn)內(nèi)核;

編譯為一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊;

實(shí)踐環(huán)境

為了便于測(cè)試，以下操作都是在 Ubuntu16.04 操作系統(tǒng)里完成的。

編譯Linux驅(qū)動(dòng)程序，肯定需要內(nèi)核源碼，這里選擇的是 linux-4.15 版本，可以在官網(wǎng)下載。

文末有下載方式。

下載之后，把linux-4.15.tar.gz解壓到Ubuntu中任意目錄即可，例如：解壓到~/tmp/目錄下：

$ tar -zxvf linux-4.15.tar.gz -C ~/tmp/

編譯進(jìn)內(nèi)核

創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序目錄

linux中的驅(qū)動(dòng)，一般都放在 linux-4.15/drivers/ 目錄下，因此在這個(gè)目錄中創(chuàng)建一個(gè)hello文件夾。

$ mkdir linux-4.15/drivers/hello
對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)來說，最重要的就是3個(gè)文件：

源代碼

Kconfig

Makefile

只要按照固定的格式來編寫這3個(gè)文件，linux內(nèi)核的編譯腳本就可以確保把我們的驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)去。

創(chuàng)建源文件

首先是源碼，在hello文件夾中創(chuàng)建源文件hello.c：

$ cd linux-4.15/drivers/hello
$ touch hello.c
源文件hello.c的內(nèi)容是：

#include

// 當(dāng)驅(qū)動(dòng)被加載的時(shí)候，執(zhí)行此函數(shù)
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "welcome, hello"\n");
return 0;
}

// 當(dāng)驅(qū)動(dòng)被卸載的時(shí)候，執(zhí)行此函數(shù)
static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "bye, hello\n");
}

// 版權(quán)聲明
MODULE_LICENSE("GPL");

// 以下兩個(gè)函數(shù)屬于 Linux 的驅(qū)動(dòng)框架，只要把驅(qū)動(dòng)兩個(gè)函數(shù)地址注冊(cè)進(jìn)去即可。
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
有兩個(gè)小地方注意一下：

在內(nèi)核中，打印函數(shù)是 printk，而不是 printf;

打印信息的級(jí)別有好幾個(gè)，從 DEBUG 到 EMERG，這里使用的是 KERN_ALERT，方便查看打印信息。

創(chuàng)建 Kconfig 文件

這個(gè)文件是用來對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置的，當(dāng)執(zhí)行 make menuconfig 指令的時(shí)候，這個(gè)文件就被解析。

先創(chuàng)建文件：

$ cd linux-4.15/drivers/hello
$ touch Kconfig
添加如下內(nèi)容：

config HELLO
tristate "hello driver"
help
just a simplest driver.
default y
第一行內(nèi)容 config HELLO ，在執(zhí)行配置的時(shí)候，將會(huì)生成一個(gè)變量 CONFIG_HELLO ，而這個(gè)變量，將會(huì)在編譯的時(shí)候，被 Makefile 引用。

最后一行的 default y ，就表示把 CONFIG_HELLO 的值設(shè)置成 y，從而讓這個(gè)驅(qū)動(dòng)被編譯到內(nèi)核中。

現(xiàn)在，hello驅(qū)動(dòng)中的KConfig配置文件已經(jīng)準(zhǔn)備好了，但是還需要這個(gè)配置文件登記到Linux內(nèi)核的整體配置文件中。

也就是把它登記在 linux-4.15/drivers/Kconfig 文件的末尾：

source "drivers/hello/Kconfig"

endmenu // 加在這一句的上面
現(xiàn)在，可以來執(zhí)行下面指令，看一下具體的配置界面：

$ cd linux-4.15/
$ make distclean
$ make ARCH=x86_64 defconfig
$ make ARCH=x86_64 menuconfig
第2條指令，是用來把默認(rèn)的配置保存到當(dāng)前目錄下的 .config 配置文件，也就是把一個(gè)默認(rèn)的配置文件復(fù)制過來，作為我們自己的配置文件。

以后再修改配置參數(shù)時(shí)，修改的內(nèi)容就會(huì)存儲(chǔ)在 .config 文件中，

第3條指令，是用來配置內(nèi)核的，可以進(jìn)入Device Drivers菜單，然后在最底層看到我們的hello driver被標(biāo)記成星號(hào)，這表示被編譯進(jìn)內(nèi)核。

按向下方向鍵，把高亮定位到 Device Drivers ---> ，然后敲回車鍵，進(jìn)入到 Device Drivers 的配置界面。

按向下方向鍵，一直到最后一個(gè)條目，就可以看到我們的 hello 驅(qū)動(dòng)了，如下：

可以看到 hello driver 前面顯示的是型號(hào) *，這表示：該驅(qū)動(dòng)將會(huì)編譯進(jìn)內(nèi)核。

我們可以按下空格鍵試一下，會(huì)在三種標(biāo)記中切換：型號(hào)，M，空值。M 標(biāo)記意思是編譯成驅(qū)動(dòng)模塊。

我們這里選擇星號(hào)(編譯進(jìn)內(nèi)核)，然后按下右方向鍵，最下方的幾個(gè)按鍵的焦點(diǎn)移動(dòng)到按鈕上：

按下回車鍵，就會(huì)彈出保存對(duì)話框，選擇默認(rèn)保存文件 .config 即可，然后在按鈕高亮的時(shí)候，按下回車鍵即可保存。

此時(shí)，在彈出的確認(rèn)窗口中，選擇，按下回車鍵即可：

此時(shí)，返回到 Device Drivers 的配置界面，在最下面的按鈕中，選擇讓高亮，然后一路退出即可。

創(chuàng)建 Makefile 文件

Makefile文件是make工具的腳本，首先創(chuàng)建它：

$ cd linux-4.15/drivers/hello
$ touch Makefile
其中的內(nèi)容只有一行：

obj-$(CONFIG_HELLO) = hello.o

CONFIG_HELLO 可以看做一個(gè)變量，在編譯的時(shí)候，這個(gè)變量的值可能是：y, n 或者 m。

在剛才的 Kconfig 參數(shù)配置中，CONFIG_HELLO 被設(shè)置為 y，于是這句話就被翻譯成：obj-y = hello，表示把 hello 驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。

現(xiàn)在，hello驅(qū)動(dòng)程序的Makefile已經(jīng)創(chuàng)建好了，我們還要讓linux內(nèi)核的編譯框架知道這個(gè)文件才行。

在文件 linux-4.15/drivers/Makefile 中的末尾，添加如下內(nèi)容：

obj-$(CONFIG_HELLO) = hello/

編譯

萬(wàn)事俱備，只欠編譯！依次執(zhí)行如下指令：

$ cd linux-4.15/
$ make -j4
make指令執(zhí)行結(jié)束之后，編譯得到的內(nèi)核中(vmlinux)就包含了我們的hello驅(qū)動(dòng)。

編譯為驅(qū)動(dòng)模塊

編譯為驅(qū)動(dòng)模塊，也有兩種操作方式：

編譯所有的驅(qū)動(dòng)模塊

在執(zhí)行 make ARCH=x86_64 menuconfig 指令的時(shí)候，把 hello 配置成 M;

然后在 linux-4.15 中執(zhí)行編譯模塊指令：make -j4 modules。

編譯成功之后，就可以得到文件： linux-4.15/drivers/hello/hello.ko。

這樣的編譯指令，是把所有的模塊都編譯了一次(在輸出信息中，可以看到編譯了很多模塊)。

只編譯 hello 這一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊

另外一種編譯驅(qū)動(dòng)模塊的方式是：進(jìn)入hello目錄，只編譯這一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。

這種編譯方法，就需要修改hello目錄下的Makefile文件了，內(nèi)容如下：

可以把 hello 目錄下的所有文件刪除，只保留源文件 hello.c，然后新建 Makefile 文件。

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := hello.o
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNEL_PATH) M=$(PWD) clean
endif
然后，在hello文件夾中執(zhí)行make指令，即可得到驅(qū)動(dòng)模塊 hello.ko 。

驗(yàn)證一下

加載驅(qū)動(dòng)：

$ cd linux-4.15/drivers/hello
$ sudo insmod ./hello.ko
此時(shí)終端窗口是沒有任何輸出的，需要輸入指令 dmesg | tail ，可以看到 hello_init 函數(shù)的輸出內(nèi)容：

卸載驅(qū)動(dòng)：

$ sudo rmmod hello
再次輸入 dmesg | tail ，可以看到 hello_exit 函數(shù)的輸出內(nèi)容：

資料下載

在公眾號(hào)【IOT物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)】的后臺(tái)回復(fù)關(guān)鍵字：1112，獲取下列文件的網(wǎng)盤地址：

linux-4.15.tar.gz

hello文件夾壓縮包

------ End ------

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