Linux驅動編程 step-by-step （一）

轉載於：

http://blog.csdn.net/jshazk1989/article/details/6908472

驅動程序的作用：

簡單來說 驅動程序就是使計算機與設備通信的特殊的代碼，在作單片機時候（無OS）我們自己定義接口及自定義的結構來操作相關硬件，而在有OS的模式下我們操作的硬件是去實現對應的接口（這些接口是已定義好的，我們需要實現這些接口）而無需自己定義接口，這樣既能正確的控制設備。又能很好的維護（如果需要升級驅動，上邊的應用程序不需要改變）

編寫驅動考慮的因素

1. 提供給用戶更多的選項
2. 保持用戶操作的簡單性
3. 編寫驅動的時間
   

驅動分類：

1. 字符設備：能夠像字節流（類似文件）一樣被訪問的設備（至少實現open, close, read ,write等功能）
2. 快設備：    用戶空間接口與字符設備相同， 內部實與字符設備完全不同（可以被隨即訪問，一般在類UNIX系統中快設備的讀取每次只能讀一整塊在linux可以操作任意字節）
3. 網絡設備：網絡通路通過網絡設備形成，能夠與主機交換數據的設備

內核功能劃分：

1. 進程管理（PM）：進程的創建與撤銷，在單個或者多個CPU上實現多進程的抽象
2. 內存管理（MM）：管理內存分配及回收的策略
3. 文件系統（FS/VFS）: Linux 非常依賴於文件系統，內核在沒有結構的硬件系統上構造結文件系統，而文件抽象在整個系統中會廣泛使用，Linux支持多種文件系統類型
4. 設備控制：驅動程序，操控硬件以及相應總線設備
5. 網絡（NET）： 在網絡接口於應用程序之間傳輸數據。
   

好了 理論行得東西介紹的差不多了，下邊說點有用的，內核的驅動可以做成模塊在需要的時候裝載，在不需要的時候卸載
我們在編寫用戶程序的時候總喜歡從編寫hello world 寫起 ， 在內核驅動模塊也是一樣，下邊是一個hello_world的一個模塊

//hello_world.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("GPL");

static int hello_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT "hello module\n");
    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT "hello module exit\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

以及對應的Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
# call from kernel build system
obj-m   := hello_world.o
#if we need more than one source code to build the module
#we should use the variable below:  example: modules-objs := file1.o file2.o
modules-objs :=

else
#kernel PTAH
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD       := $(shell pwd)

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

endif

clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

有幾點與用戶空間程序不同的地方

1. 模塊程序沒有main函數（那麼程序入口在哪裏？）
2. 打印函數使用的printk 而不是用戶空間的printf 而且使用方式不一樣
   
3. 模塊的編譯不是通常的方式
4. 頭文件不是常見的那些頭文件
   
5. 以及編譯之後不會產生可執行文件，而是 .ko 文件
   ...

模塊沒有main函數，在裝載模塊 insmod 時會調用module_init註冊的函數 此處爲hello_init
在模塊卸載remod時 會調用module_exit註冊的函數 此處爲hello_exit
在module_init 註冊的函數主要是進行初始化，分配內存， 註冊設備等
而module_exit中註冊的函數與之相反， 設備註銷， 釋放內存等
具體的編譯模塊的Makefile我在另一篇文章中有說到 此處不再贅述
內核的打印函數使用printk去打印信息， printk不支持浮點類型， 在printk中可以加入信息級別有7中

#define KERN_EMERG    "<0>"    /* system is unusable */
#define KERN_ALERT    "<1>"    /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT     "<2>"    /* critical conditions */
#define KERN_ERR      "<3>"    /* error conditions */
#define KERN_WARNING  "<4>"    /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE   "<5>"    /* normal but significant */
#define KERN_INFO     "<6>"    /* informational */
#define KERN_DEBUG    "<7>"    /* debug-level messages */

對應與不同的錯誤等級 選擇不懂的option, 並做不同的處理， 小於一定等級的信息會直接打印到終端（非X-window下的終端），可以使用dmesg來查看全部的打印信息
編譯內核的頭文件是在/lib/modules/$(shell uname -r)/build/include下得，而不是用戶模式下得/usr/include
編譯後不會生產可執行文件，會生成一個.ko的文件
使用insmod xxx.ko去裝載模塊
使用lsmod去查看已裝載的模塊
使用rmmod xxx 去卸載相應模塊（卸載是不帶.ko）