linux驱动开发框架

不管是Windows还是Linux，驱动程序都扮演着重要的角色。应用程序只能通过驱动程序才能同硬件设备或系统内核通讯。Linux内核对不同的系统定义了标准的接口（API），应用程序就是通过这些标准的接口来操作内核和硬件。驱动可以被编译的内核中（build-in），也可以做为内核模块（Module）存在于内核的外面，需要的时候动态插入到内核中运行。

 

就像你学习操作系统概念时所了解的那样，Linux内核也分为几个大的部分：进程管理、内存管理、文件系统、设备控制、网络系统等，参考图1-1。

 

 

 

这里就不对Linux系统内核的各个部分做过多的介绍了，在后面的学习中你就会逐渐地对这些概念有个更深入的了解。其实Linux内核的精髓远不止这些，对于一个Linux内核的爱好者或开发者来说，最好详细的浏览内核源代码，订阅Linux内核相关的邮件列表，或是登陆Linux开发社区。更多的信息，请登陆Linux内核官方网站：http://www.kernel.org

一个简单的驱动

下面我们来编写第一个驱动程序，它很简单，在运行时会输出‘Hello World’消息。

 

// hello.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello World！n");
return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye World！n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

 

这就是一个简单的驱动程序，它什么也没做，仅仅是输出一些信息，不过对于我们来说这已经足够了。保存这个程序，命名为hello.c。在写一个Makefile文件用来编译它，Makefile和hello.c文件保存在同一个目录下。

 

##Makefile
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
MODULE_NAME = helloworld
$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
obj-m := $(MODULE_NAME).o
else
KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
MODULEDIR := $(shell pwd)

.PHONY: modules
default: modules

modules:
make -C $(KERNEL_DIR) M=$(MODULEDIR) modules

clean distclean:
rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko
rm -rf .tmp_versions
endif

编译并运行这个模块：

 

 

//需要root权限来运行
make
insmod helloworld.ko
rmmod helloworld.ko

 

尽管我们对它的一些细节还不够了解，它确实神奇的工作了，这个Hello World信息输出到了屏幕终端上（不是VT），www.britepic.org或者系统的Kenrel log里（/var/log/messages），你可以通过运行dmesg来看到这些信息。

驱动基础
我们通过分析上面的代码来了解一个驱动程序的基本概念。

头文件
就像你写C程序需要包含C库的头文件那样，Linux内核编程也需要包含Kernel头文件，大多的Linux驱动程序需要包含下面三个头文件：

 

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

 

init.h 定义了驱动的初始化和退出相关的函数，
kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义
module.h 定义了内核模块相关的函数、变量及宏。
初始化
任何一个驱动都去需要提供一个初始化函数，当驱动加载到内核中时，这个初始化函数就会被自动执行，初始化的函数原型定义如下：

 

typedef int (*initcall_t)(void);

 

驱动程序是通过module_init宏来声明初始化函数的：

 

static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello World！n");
return 0;
}
module_init(hello_init);

 

__init 宏告诉编译器如果这个模块被编译到内核则把这个函数放到（.init.text）段，这样当函数初始化完成后这个区域可以被清除掉以节约系统内存。Kenrel启动时看到的消息“Freeing unused kernel memory: xxxk freed”同它有关。
初始化函数是有返回值的，只有在初始化成功是才返回0，否则返回错误码（errno）。

卸载
如果驱动程序编译成模块（动态加载）模式，那么它需要一个清理函数。当移除一个内核模块时这个函数被调用执行清理工作。清理函数的函数原型定义为：

 

typedef void (*exitcall_t)(void);

 

驱动程序是通过module_exit宏来声明清理函数的：

 

static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye World！n");
}
module_exit(hello_exit);

 

同__init类似，如果驱动被编译进内核，则__exit宏会忽略清理函数，因为编译进内核的模块不需要做清理工作。显然，__init和__exit对动态加载的模块是无效的。

版权信息
Linux内核是按照GPL发布的，同样Linux的驱动程序也要提供版权信息，否则当加载到内核中是系统会给出警告信息。Hello World例子中的版权信息是GPL。

 

MODULE_LICENSE("GPL");

 

后续
这里你了解了一个驱动程序的基本框架，所有的驱动都会包含这些内容。这里我们没有对Linux 驱动程序的编译系统做详细的介绍，因为它相对C应用程序的编译有些复杂。Linux2.6内核采用Kbuild系统做编译，下一章你会了解到Kbuild的详细内容。