一.認識Linux內核編程
1. Linux是"單塊內核"的操作系統，這是說整個系統內核都運行於一個單獨的保護域中，但是linux內 核是模塊化組成的，它允許內核在運行時動態地向其中插入或從中刪除代碼。模塊允許我們方便地刪除和重新載入內核代碼；
2，內核編程的特殊性：
A.內核編程與傳統應用程序編程方式很大不同的是併發問題.大部分應用程序是一個明顯的例外, 典型地是順序運行的, 從頭至尾, 不必要擔心其他事情會發生而改變它們的 環境. 內核代碼沒有運行在這樣的簡單世界中, 即便最簡單的內核模塊必須在這樣的概念下編 寫, 很多事情可能馬上發生.
B.我們並不能在編寫內核驅動模塊時調用glibc提供的一些函 數，如printf()、malloc()等。這時我們需要調用Linux內核裏定義的相應函數，如printk()、 kmalloc()等；
C.應用程序存在於虛擬內存中, 有一個非常大的堆棧區和堆棧, 而內核相反, 他只有一個非常小的 堆棧; 它可能小到一個, 4096 字節的頁. 你的函數必須與整個內核空間調用鏈共享這個堆棧. 因 此, 如果你需要存儲一個較大的結構時, 你應當在調用時間內動態分配。
D.我們在編寫應用程序時，如果指針出錯 只會導致本進程退出而不會影響其他進程；而如果在寫Linux內核模塊時出現非法地址訪問則 會導致整個系統死掉；所以編寫內核代碼時需要異常小心；
E.當你查看內核 API 時, 你會遇到以雙下劃線(__)開始的函數名. 這樣標誌的函數名通常是 一個低層的接口組件, 應當小心使用.
二.hello內核模塊
1.編寫hello模塊
[a4729821@JYstd driver]$ vim kernel_hello.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static __init int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "HELLO, lingyun IoT Studio!\n");
return 0;
}
static __exit void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye, I have found a good job!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
代碼分析:
1._init 屬性：linux內核中很大一部分是驅動函數，這些函數只需要執行一次。linux對於只需要執行一次的函數前都會加上 _init屬性。
目的是將驅動模塊的初始化函數放入名叫.init.text的輸入段。當內核啓動完畢後，這個段中的內存會被釋放掉供其他使用。
2._exit屬性：如果驅動被編譯進內核，則__exit宏會忽略清理函數，因爲編譯進內核的模塊不需要做清理工作。
3.module_init宏：幾乎每個linux驅動都有個module_init，其定義在linux/Init.h 中。驅動的加載就靠它。module_init(hello_init)表示將 hello_init()函數加載到內核映像的".initcall"區，內核加載的時候，會按優先級搜索".initcall"中所有的函數並依次執行。
4.module_exit宏：同樣定義在 /linux/init.h 中，在使用rmmod命令卸載驅動的時候會調用該函數。
5.printk()函數：在驅動裏面打印信息用printk()函數。
三.在pc上測試模塊
[a4729821@JYstd driver]$ mkdir x86
[a4729821@JYstd x86]$ vim Makefile
+ Makefile
1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 obj-m := kernel_hello.o
4
5 modules:
6 $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules
7 @make clear
8
9 clear:
10 @rm -f *.o *.cmd *.mod.c
11 @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.
order -f
12 @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d
13 @rm -f *.unsigned
14
15 clean:
16 @rm -f hello.ko
17
18
dmesg查看Linux內核的打印信息，dmesg -c將會清除之前Linux內核的打印信息
[a4729821@JYstd x86]$ sudo dmesg
Initializing cgroup subsys cpuset
Initializing cgroup subsys cpu
Linux version 2.6.32-696.el6.x86_64 ([email protected]) (gcc version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-18) (GCC) ) #1 SMP Tue Mar 21 19:29:05 UTC 2017
Command line: ro root=UUID=ef8d9755-a3ab-442b-84a7-a99d713b6336 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
KERNEL supported cpus:
Intel GenuineIntel
AMD AuthenticAMD
Centaur CentaurHauls
Disabled fast string operations
BIOS-provided physical RAM map:
BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009ec00 (usable)
BIOS-e820: 000000000009ec00 - 00000000000a0000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000000dc000 - 0000000000100000 (reserved)
BIOS-e820: 0000000000100000 - 000000007fee0000 (usable)
BIOS-e820: 000000007fee0000 - 000000007feff000 (ACPI data)
BIOS-e820: 000000007feff000 - 000000007ff00000 (ACPI NVS)
BIOS-e820: 000000007ff00000 - 0000000080000000 (usable)
BIOS-e820: 00000000f0000000 - 00000000f8000000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fec00000 - 00000000fec10000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fee00000 - 00000000fee01000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fffe0000 - 0000000100000000 (reserved)
************
[a4729821@JYstd x86]$ sudo insmod kernel_hello.ko //安裝Linux內核模塊，並查看內核的打印信息：
[a4729821@JYstd x86]$ dmesg
HELLO, lingyun IoT Studio!
[a4729821@JYstd x86]$ sudo lsmod | grep kernel_hello. //lsmod命令查看當前linux內核安裝了的內核模塊
kernel_hello 891 0
[a4729821@JYstd x86]$ sudo rmmod kernel_hello //rmmod將會刪除linux內核安裝了的內核模塊
[a4729821@JYstd x86]$ dmesg
HELLO, lingyun IoT Studio!
Goodbye, I have found a good job!
四。在ARM 上測試內核模塊
[a4729821@JYstd driver]$ vim makefile
1 LINUX_SRC = ${shell pwd}/../linux/linux-3.0/
2 CROSS_COMPILE=/opt/xtools/arm920t/bin/arm-linux-
3 INST_PATH=/tftp
4 PWD := $(shell pwd)
+ makefile
5 EXTRA_CFLAGS+=-DMODULE
6 obj-m += kernel_hello.o
7
8 modules:
9 @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules
10 @make clear
11
12 uninstall:
13 rm -f ${INST_PATH}/*.ko
14
15 install: uninstall
16 cp -af *.ko ${INST_PATH}
17
18 clear:
19 @rm -f *.o *.cmd *.mod.c
20 @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.order -f
1 @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d
22
23 clean: clear
24 @rm -f *.ko
[4729821@JYstd driver]$ make
關於Makefile 文件說明
1，LINUX_SRC 應該指定開發板所運行的Linux內核源碼的路徑，並且這個linux內核源碼必須make menuconfig並且make過的，因爲Linux內核的一個模塊可能依賴另外一個模塊，如果另外一個沒有 編譯則會出現問題。所以Linux內核必須編譯過，這樣才能確認這種依賴關係；
2， 交叉編譯器必須使用 CROSS_COMPILE 變量指定；
3， 如果編譯Linux內核需要其它的一些編譯選項，那可以使用 EXTRA_CFLAGS 參數來指定；
4， obj-m += kernel_hello.o 該行告訴Makefile要將 kernel_hello.c 源碼編譯生成內核模塊文件 kernel_hello.ko ；
5， @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules @ make是不打印這個命令本身 -C：把工作 目錄切換到-C後面指定的參數目錄，M是Linux內核源碼Makefile裏面的一個變量，作用是回到當前 目錄繼續讀取Makefile。當使用make命令編譯內核驅動模塊時，將會進入到 KERNEL_SRC 指定的 Linux內核源碼中去編譯，並在當前目錄下生成很多臨時文件以及驅動模塊文件kernel_hello.ko；
6， clear 目標將編譯linux內核過着產生的一些臨時文件全部刪掉；
開發板測試:
~ >: tftp -gr kernel_hello.ko 192.168.1.8
tftp: sendto: Network is unreachable
開發板與PC網絡通信沒有建立
原因有：
PC網絡IP沒有設置對，與開發板不處於一個網端中
~ >: ifconfig
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 06:2F:5F:90:A4:68
inet addr:192.168.2.10 Bcast:192.168.2.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:1624 (1.5 KiB) TX bytes:0 (0.0 B)
Interrupt:51 Base address:0x2300
重新修改PC的IP 與命令
~ >: tftp -gr kernel_hello.ko 192.168.2.55
kernel_hello.ko 100% |*******************************| 23718 0:00:00 ETA
~ >: lsmod
~ >: insmod kernel_hello.ko
HELLO, lingyun IoT Studio!
~ >: lsmod
kernel_hello 561 0 - Live 0xbf000000
~ >: rmmod kernel_hello
Goodbye, I have found a good job!