四方麻将 电话糯米:LINUX字符设备驱动程序实例

我是通过UBUNTU10.10测试该驱动程序的，系统内核为linux-2.6.35-22(可使用uname -r 命令来查看当前内核的版本号)

下载安装LINUX内核，需要下载和本机一样版本的内核源码。

1，安装编译内核所需要的软件并编译内核(注：我在root下执行，如果其中有问题，换到普通用户下用sudo试试）

apt-get install build-essential autoconf automake cvs subversion kernel-package libncurses5-dev

用 apt-cache search linux-source 可以知道需要下载什么版本的内核源码，我的是2.6.35    

下载安装内核源码

apt-get install linux-source-2.6.35

下载完成后

cd /us/src

可以看见linux-source-2.6.35.tar.bz2,现在解压

tar jxvf linux-2.6.32.25.tar.bz2

cd linux-source-2.6.35

cp /boot/config-`uname -r` ./.config   #拷贝目前系统的配置文件

make menuconfig

终端会弹出一个配置界面

最后有两项：load a kernel configuration... (.config)
save a kernel configuration... (.config)
选择load a kernel configuration保存，然后在选择save akernel configuration再保存退出，并退出配置环境。

接下来我们开始编译

make   #这步需要比较长时间

make bzImage 执行结束后，可以看到在当前目录下生成了一个新的文件: vmlinux, 其属性为-rwxr-xr-x。
make modules  /* 编译 模块 */
make modules_install  这条命令能在/lib/modules目录下产生一个目录(2.6.35-22-generic).

2，为系统的include创建链接文件(这步好像不是必需的，默认就是这样的）

cd /usr/include
rm -rf asm linux scsi
ln -s /usr/src/linux-source-2.6.35/include/asm-generic asm
ln -s /usr/src/linux-source-2.6.35/include/linux linux
ln -s /usr/src/linux-source-2.6.35/include/scsi scsi

二，驱动程序测试代码

在/root下建一个目录，如:

cd /root

mkdir firstdriver

touch memdev.c    #建立文件驱动程序文件

/******************************************************************************

*Name: memdev.c
* 字符设备驱动程序的框架结构，该字符设备并不是一个真实的物理设备，
* 而是使用内存来模拟一个字符设备
********************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#include    /*刚开始未加入这个，编译出错：error: implicit declaration of function 'kmalloc' */

#include "memdev.h"

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct mem_dev *dev;
    
    /*获取次设备号*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);

    if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
            return -ENODEV;
    dev = &mem_devp[num];
    
    /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
    filp->private_data = dev;
    
    return 0;
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}

/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p = *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

  /*判断读位置是否有效*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;

  /*读数据到用户空间*/
  if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
  {
    ret = - EFAULT;
  }
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
    
    printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }

  return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
  unsigned long p = *ppos;
  unsigned int count = size;
  int ret = 0;
  struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
  
  /*分析和获取有效的写长度*/
  if (p >= MEMDEV_SIZE)
    return 0;
  if (count > MEMDEV_SIZE - p)
    count = MEMDEV_SIZE - p;
    
  /*从用户空间写入数据*/
  if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
    ret = - EFAULT;
  else
  {
    *ppos += count;
    ret = count;
    
    printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  }

  return ret;
}

/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
    loff_t newpos;

    switch(whence) {
      case 0: /* SEEK_SET */
        newpos = offset;
        break;

      case 1: /* SEEK_CUR */
        newpos = filp->f_pos + offset;
        break;

      case 2: /* SEEK_END */
        newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
        break;

      default: /* can't happen */
        return -EINVAL;
    }
    if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
     return -EINVAL;
     
    filp->f_pos = newpos;
    return newpos;

}

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .llseek = mem_llseek,
  .read = mem_read,
  .write = mem_write,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
  int result;
  int i;

  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

  /* 静态申请设备号*/
  if (mem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
  else /* 动态分配设备号 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
    mem_major = MAJOR(devno);
  }
  
  if (result < 0)
    return result;

  /*初始化cdev结构*/
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);
  cdev.owner = THIS_MODULE;
  cdev.ops = &mem_fops;
  
  /* 注册字符设备 */
  cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
   
  /* 为设备描述结构分配内存*/
  mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
  if (!mem_devp) /*申请失败*/
  {
    result = - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
  memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
  
  /*为设备分配内存*/
  for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
  {
        mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
        mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
        memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
  }
    
  return 0;

  fail_malloc:
  unregister_chrdev_region(devno, 1);
  
  return result;
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
  kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}

MODULE_AUTHOR("Mac.Zhong");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

touch memdev.h  #头文件

/************************
*memdev.h
************************/
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_

#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 88 /*预设的mem的主设备号*/
#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/
#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif

/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
  char *data;
  unsigned long size;
};

#endif /* _MEMDEV_H_ */

touch Makefile

Makefile文件的内容如下：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m:=memdev.o

else

KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build

PWD:=$(shell pwd)

default:

 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

clean:

 rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko

endif

三.编译驱动程序模块

在/root/firdriver目录下执行make

make -C /lib/modules/2.6.35-22-generic/build M=/root/firstdriver modules
make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic'
  CC [M]  /root/firstdriver/memdev.o
/root/firstdriver/memdev.c:17: warning: type defaults to ‘int’ in declaration of ‘mem_major’
/root/firstdriver/memdev.c: In function ‘mem_read’:
/root/firstdriver/memdev.c:69: warning: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 3 has type ‘long unsigned int’
/root/firstdriver/memdev.c: In function ‘mem_write’:
/root/firstdriver/memdev.c:97: warning: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 3 has type ‘long unsigned int’
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /root/firstdriver/memdev.mod.o
  LD [M]  /root/mfirstdriver/memdev.ko
make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-2.6.35-22-generic'

root@UBUNTU:~/firstdriver# ls
Makefile memdev.h memdev.mod.c memdev.o Module.symvers
memdev.c memdev.ko memdev.mod.o modules.order

这里的memdev.ko就是生成的驱动程序模块。

通过insmod命令把该模块插入到内核

root@UBUNTU:~/firstdriver# insmod memdev.ko

查看插入的memdev.ko驱动

root@UBUNTU:~/firstdriver# cat /proc/devices
Character devices:
  1 mem
  4 /dev/vc/0
  4 tty
  4 ttyS
  5 /dev/tty
  5 /dev/console
  5 /dev/ptmx
88 memdev
  6 lp
  7 vcs
 10 misc
 .......

可以看到memdev驱动程序被正确的插入到内核当中，主设备号为88，该设备号为memdev.h中定义的#define MEMDEV_MAJOR 88。

如果这里定义的主设备号与系统正在使用的主设备号冲突，比如主设备号定义如下：#define MEMDEV_MAJOR 254，那么在执行insmod命令时，就会出现如下的错误：

root@UBUNTU:~/firstdriver# insmod memdev.ko
insmod: error inserting 'memdev.ko': -1 Device or resource busy

四.测试驱动程序

1，首先应该在/dev/目录下创建与该驱动程序相对应的文件节点，使用如下命令创建：

root@UBUNTU:/dev# mknod memdev0 c 88 0

root@UBUNTU:/dev# ls -al memdev0
crw-r--r-- 1 root root 260, 0 2010-09-26 17:28 memdev

/******************************************************************************
*Name: memtest.c
*Desc: memdev字符设备驱动程序的测试程序。先往memedev设备写入内容，然后再
* 从该设备中把内容读出来。
********************************************************************************/
#include

int main()
{
    FILE *fp0 = NULL;
    char Buf[4096];   

    fp0 = fopen("/dev/memdev0", "r+");
    if (fp0 == NULL)
    {
        printf("Open Memdev0 Error!\n");
        return -1;
    }
    else
    {
    printf("打开Memdev0成功啦!\n");
    }

    strcpy(Buf, "Mem is char device!");
    printf("写入内容BUF: %s \n", Buf);

    fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);

    fseek(fp0, 0, SEEK_SET);

    strcpy(Buf, "Buf is NULL!");
    printf("现在清空BUF: %s \n", Buf);

    fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);

    printf("读回内容BUF: %s \n", Buf);

    return 0;


}

编译并执行该程序

root@UBUNTU:~/firstdriver# gcc -o memtest memtest.c

root@UBUNTU:~/firstdriver# ./memtest

打开Memdev0成功啦!
写入内容BUF: Mem is char device!
现在清空BUF: Buf is NULL!
读回内容BUF: Mem is char device!

 其实还有一个最简单的测试方法(不需要写测试程序memtest.c)，因为它是用内存模拟的，嘿嘿，这样就可以：

root@UBUNTU:~/firstdriver# echo 'haha shi wo' > /dev/memdev0

root@UBUNTU:~/firstdriver# cat /dev/memdev0

haha shi wo

五.深入小结：LINUX是如何make驱动程序模块的

Linux内核是一种单体内核，但是通过动态加载模块的方式，使它的开发非常灵活 方便。那么，它是如何编译内核的呢？我们可以通过分析它的Makefile入手。以下是 一个简单的hello内核模块的Makefile.
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:
        rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko
endif
当我们写完一个hello模块，只要使用以上的makefile。然后make一下就行。假设我们把hello模块的源代码放在/home/examples/hello/下。当我们在这个目录运行make时，make是怎么执行的呢？ LDD3第二章第四节“编译和装载”中只是简略地说到该Makefile被执行了两次，但是具体过程是如何的呢？
首先，由于make 后面没有目标，所以make会在Makefile中的第一个不是以.开头的目标作为默认的目标执行。于是default成为make的目标。make会执行 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules shell是make内部的函数,假设当前内核版本是2.6.35-22,所以$(shell uname -r)的结果是 2.6.35-22 这里，实际运行的是
make -C /lib/modules/2.6.35-22/build M=/home/examples/hello/ modules
/lib /modules/2.6.35-22/build是一个指向内核源代码/usr/src/linux的符号链接。可见，make执行了两次。第一次执行时是读hello模块的源代码所在目录/home/examples/hello/下的Makefile。第二次执行时是执行/usr/src/linux/下的Makefile时.
但是还是有不少令人困惑的问题： 1.这个KERNELRELEASE也很令人困惑，它是什么呢？在/home/examples/hello/Makefile中是没有定义这个变量的，所以起作用的是else…endif这一段。不过，如果把hello模块移动到内核源代码中。例如放到/usr/src/linux/driver/中， KERNELRELEASE就有定义了。在/usr/src/linux/Makefile中有 162 KERNELRELEASE=$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL)$(EXTRAVERSION)$(LOCALVERSION) 这时候，hello模块也不再是单独用make编译，而是在内核中用make modules进行 编译。用这种方式，该Makefile在单独编译和作为内核一部分编译时都能正常工作。
2.这个obj-m := hello.o什么时候会执行到呢？ 在执行：
make -C /lib/modules/2.6.35-22/build M=/home/examples/hello/ modules时，make 去/usr/src/linux/Makefile中寻找目标modules: 862 .PHONY: modules 863 modules: $(vmlinux-dirs) $(if $(KBUILD_BUILTIN),vmlinux) 864 @echo ' Building modules, stage 2.'; 865 $(Q)$(MAKE) -rR -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost
可以看出，分两个stage: 1.编译出hello.o文件。 2.生成hello.mod.o hello.ko 在这过程中，会调用 make -f scripts/Makefile.build obj=/home/examples/hello 而在 scripts/Makefile.build会包含很多文件： 011 -include .config 012 013 include $(if $(wildcard $(obj)/Kbuild), $(obj)/Kbuild, $(obj)/Makefile) 其中就有/home/examples/hello/Makefile 这时 KERNELRELEASE已经存在。 所以执行的是： obj-m:=hello.o
关于make modules的更详细的过程可以在scripts/Makefile.modpost文件的注释 中找到。

如果想查看make的整个执行过程，可以运行make -n。