制作第一个Linux驱动程序
学习目标:
- 编写一个简单的Linux驱动程序，实现应用程序能通过系统调用，调用相应驱动函数，驱动程序中仅打印信息，不实现一些特定功能
写第一个驱动程序需要以下几个步骤：
1）写出open、read等系统调用在进入内核空间中调用的对应函数xxx_open、xxx_read
2）定义file_operations类型结构体，用写好的xxx_open、xxx_read函数填充file_operations结构体成员
3）写一个xxx_init函数调用register_chardev函数注册填充好的file_operations类型结构体，目的时当调用它时将相关信息告诉内核
4）通过module_init()来修饰xxx_init入口函数
5）写驱动的xxx_exit出口函数，调用这个unregister_chrdev()函数卸载挂入内核中的file_operations类型结构体
6）通过module_exit()来修饰出口函数
7）模块许可证声明, 最常见的是以MODULE_LICENSE( "GPL v2" )来声明
1、创建一个驱动源文件first_drv.c
代码如下：
#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/device.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> //#include <asm/arch/regs-gpio.h> //#include <asm/hardware.h> int major;
static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file); static ssize_t first_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); struct file_operations first_drv_fileop = { //---->① .owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */ .open = first_drv_open, .read = first_drv_read, .write = first_drv_write, };
/*inode表示具体文件，file结构用来追踪运行时的信息 */ static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { printk("first_drv_open\n"); /*内核的打印用printk，而不是printf函数） return 0; } static ssize_t first_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { printk("first_drv_read\n"); return 0; } static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { printk("first_drv_read\n"); return 0; } static int first_drv_init(void) { major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fileop); //---->② return 0; } static void first_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "first_drv"); //---->③ } module_init(first_drv_init); //---->④ module_exit(first_drv_exit); //---->⑤ MODULE_LICENSE("GPL");
①定义file_operations结构体，并填充相关成员函数，如open时，通过系统调用，最终会调用到.open函数指针指向函数
②注册file_operation结构体，将相关信息告诉内核，只有注册后file_operations内部成员才有效。register_chrdev函数第一项参数设置为0，让系统自动分配主设备号
③将相关信息从内核中去除
④修饰函数，当执行insmod时，将调用first_drv_init函数（此例中，即调用register_chrdev函数）
⑤修饰函数，当执行rmmod时，将调用first_drv_exit函数（此例中，即调用unregister_chrdev函数）
2、创建一个编译驱动的Makefile
KERN_DIR = /home/book/self_learn/01_linux_develop/02_embeded_dir/02_kernel/linux-3.4.2 #----->① all: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules #---->② clean: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean rm -rf modules.order obj-m += first_drv.o #----->③
①编译驱动时依赖内核存放的目录，内核必须是已经编译好的
②make -C切换到内核目录，调用内核目录的Makefile；M='pwd'，当用户需要以内核为基础编译一个外部模块，需要将M='pwd'加入其中，表示到驱动的目录中查找编译源代码，modules是一个参数，就是告诉内核在编译是将驱动编译成模块，不编译进内核
③表示将first_drv.o编译成模块
3、执行make,编译生成first_drv.ko
4、将first_drv.ko拷贝到跟文件系统并加载驱动模块
执行insmod命令将first_drv.ko加载到内核
5、手动创建设备节点
在注册file_operations结构体时，我们选择了让系统自动分配主设备号，在创建设备节点之前，应先获取系统自动分配的主设备号。执行cat /proc/devices 命令可以看出系统自动分配主设备号
系统自动分配的主设备号时252，后面跟的是设备名称，设备名称是由register_chrdev传入的第二个参数决定的。获取主设备号之后，执行 mknod /dev/first c 252 0 命令在dev目录中创建设备节点
6、编写应用程序，进行驱动测试
应用代码first_drv_test.c：
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, char **argv) { int fd; int val = 1; fd = open("/dev/first", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open...\n"); exit(EXIT_FAILURE); } read(fd, &val, sizeof(val)); exit(EXIT_SUCCESS); }
执行arm-linux-gcc -o first_drv_test first_drv_test.c编译测试应该程序，并将编译成功的应用程序拷贝到网络文件系统中，执行应用程序
运行成功，由打印结果可以看出，应用程序中的open函数和read函数调用了对应驱动函数中的first_open和first_read，第一个驱动程序测试成功！
7、改进first_drv.c驱动程序
由上述操作结果可以看出，每加载一次驱动程序都要手动在/dev目录中创将相应设备节点，这样做太麻烦了。可以使用自动创建设备节点，Linux有udev、mdev的机制，而我们的ARM开发板上移植的busybox有mdev机制，然后mdev机制会通过/sys目录中class类来找到相应类的驱动设备来自动创建设备节点 (前提需要有mdev)
1）首先创建一个class设备类，class是C语言中的一个结构体，是软件开发的一个设备的高级视图，它抽象出低级的实现细节，然后在class类下，创建一个class_device，即类下面创建类的设备:
static struct class *first_drv_class; static struct class_device *first_drv_class_dev;
2）在first_drv_init后面添加如下代码
//创建类,它会在sys/class目录下创建firstdrv_class这个类
firstdrv_class= class_create(THIS_MODULE,"firstdrv"); //在该类下创建设备 firstdrv_class_devs=class_device_create(firstdrv_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"xyz");
注意：在高版本的linux内核中class_device_create用device_create函数代替
3）同理，在first_drv_exit中添加卸载类和设备的函数，在卸载驱动程序后，自动删除创建的设备节点
class_device_unregister(firstdrv_class_devs); //注销类设备,与class_device_create对应 class_destroy(firstdrv_class); //注销类,与class_create对应
4）按照上述过程，重新编译驱动程序，并将编译好的驱动程序加载到内核（注意在加载新驱动程序时，先卸载之前驱动程序，并删除手动创建的设备节点）
由此可见，第一个简单驱动程序创建成功，值得注意的是，自动创建设备节点，必须在mdev机制使能时才能正常使用。
