Linux設備驅動程序學習（0）－Hello, world！模塊

當linux環境已經搭建好，就準備開始下一步的學習，linux設備驅動和內核。計劃按照LINUX設備驅動開發詳解一書的順序，一章一章學習。

一個學習Linux設備驅動程序都會碰到的第一個例程：
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); static int hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "Hello, world！/n"); return 0; } static void hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Goodbye, world/n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_AUTHOR("hzh1024n") MODULE_DESCRIP

我將其複製到我的工作目錄，並編寫了一個簡單的Makefile文件：
KERNELDIR = /usr/src/kernels/2.6.21-1.3194.fc7-i686 # The current directory is passed to sub-makes as argument PWD := $(shell pwd) #CC = $(CROSS_COMPILE)gcc CC =gcc obj-m := helloworld.o modules: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean: rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions .PHONY: modules modules_install clean

make以後產生helloworld.ko驅動。

[root@localhost helloworld]# ls
helloworld.c   helloworld.ko     helloworld.mod.o  Makefile   Module.symvers
helloworld.c~  helloworld.mod.c  helloworld.o      Makefile~
[root@localhost helloworld]#
[root@localhost helloworld]# insmod helloworld.ko

[root@localhost helloworld]# dmesg
 [<c04744e9>] sys_open+0x1c/0x1e
 [<c0404f70>] syscall_call+0x7/0xb
 =======================
Hello world
Goodbye, world
Hello world
Goodbye, world
Hello world
[root@localhost helloworld]#

有些心得，網友總結的很好，搬過來了。

學習心得：
（1）驅動模塊運行在內核空間，運行時不能依賴於任何函數庫和模塊連接，所以在寫驅動時所調用的函數只能是作爲內核一部分的函數。
（2）驅動模塊和應用程序的一個重要不同是：應用程序退出時可不管資源釋放或者其他的清除工作，但模塊的退出函數必須仔細撤銷初始化函數所作的一切，否則，在系統重新引導之前某些東西就會殘留在系統中。
（3）處理器的多種工作模式（級別）其實就是爲了操作系統的用戶空間和內核空間設計的。在Unix類的操作系統中只用到了兩個級別：最高和最低級別。
（4）要十分注意驅動程序的併發處理。
（5）內核API中具有雙下劃線（_ _）的函數，通常是接口的底層組件，應慎用。
（6）內核代碼不能實現浮點書運算。

（7）Makefile文件分析：
obj-m := hello.o 代表了我們要構造的模塊名爲hell.ko，make 會在該目錄下自動找到hell.c文件進行編譯。如果 hello.o是由其他的源文件生成（比如file1.c和file2.c）的，則在下面加上（注意紅色字體的對應關係）： hello-objs := file1.o file2.o ...... $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules 其中 -C $(KERNELDIR) 指定了內核源代碼的位置，其中保存有內核的頂層makefile文件。 M=$(PWD) 指定了模塊源代碼的位置 modules目標指向obj-m變量中設定的模塊。

（8）insmod使用公共內核符號表來解析模塊中未定義的符號。公共內核符號表中包含了所有的全局內核項（即函數和變量的地址），這是實現模塊化驅動程序所必須的。
（9）Linux使用模塊層疊技術，我們可以將模塊劃分爲多個層，通過簡化每個層可縮短開發週期。如果一個模塊需要向其他模塊到處符號，則使用下面的宏：
EXPORT_SYMBOL(name); EXPORT_SYMBOL_GPL(name);

符號必須在模塊文件的全局變量部分導出，因爲這兩個宏將被擴展爲一個特殊變量的聲明，而該變量必須是全局的。

（10）所有模塊代碼中都包含一下兩個頭文件：

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

（11）所有模塊代碼都應該指定所使用的許可證：

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");


此外還有可選的其他描述性定義：

MODULE_AUTHOR("");
MODULE_DESCRIPTION("");
MODULE_VERSION("");
MODULE_ALIAS("");
MODULE_DEVICE_TABLE("");

上述

MODULE_聲明習慣上放在文件最後。

（12）初始化和關閉
初始化的實際定義通常如下：

static int _ _init initialization_function(void)
{
/*初始化代碼*/
}

module_init(initialization_function)

清除函數的實際定義通常如下：

static int _ _exit cleanup_function(void)
{
/*清除代碼*/
}

module_exit(cleanup_function)

（13） Linux內核模塊的初始化出錯處理一般使用“goto”語句。通常情況下很少使用“goto”，但在出錯處理是（可能是唯一的情況），它卻非常有用。在大二學習C語言時，老師就建議不要使用“goto”，並說很少會用到。在這裏也是我碰到的第一個建議使用“goto”的地方。“在追求效率的代碼中使用goto語句仍是最好的錯誤恢復機制。”－－《Linux設備驅動程序（第3版）》以下是初始化出錯處理的推薦代碼示例：
struct something *item1; struct somethingelse *item2; int stuff_ok; void my_cleanup(void) { if (item1) release_thing(item1); if (item2) release_thing2(item2); if (stuff_ok) unregister_stuff(); return; } int __init my_init(void) { int err = -ENOMEM; item1 = allocate_thing(arguments); item2 = allocate_thing2(arguments2); if (!item2 || !item2) goto fail; err = register_stuff(item1, item2); if (!err) stuff_ok = 1; else goto fail; return 0; /* success */ fail: my_cleanup( ); return err; }

（14）模塊參數：內核允許對驅動程序指定參數，而這些參數可在裝載驅動程序模塊時改變。
以下是我的實驗程序：
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/moduleparam.h> MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); static char *whom = "Tekkaman Ninja"; static int howmany = 1; static int TNparam[] = {1,2,3,4}; static int TNparam_nr = 4; module_param(howmany, int, S_IRUGO); module_param(whom, charp, S_IRUGO); module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO); static int hello_init(void) { int i; for (i = 0; i < howmany; i++) printk(KERN_ALERT "(%d) Hello, %s ！/n", i, whom); for (i = 0; i < 8; i++) printk(KERN_ALERT "TNparam[%d] : %d /n", i, TNparam[i]); return 0; } static void hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Goodbye, Tekkaman Ninja ！/n Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !/n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);

實驗結果是 ：
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/ [Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls cs89x0.ko hello.ko prism2_usb.ko hello-param.ko p80211.ko [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1 (0) Hello, KeKe ！ (1) Hello, KeKe ！ TNparam[0] : 4 TNparam[1] : 3 TNparam[2] : 2 TNparam[3] : 1 TNparam[4] : 1836543848 TNparam[5] : 7958113 TNparam[6] : 1836017783 TNparam[7] : 0 [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany="2" whom="KeKe" TNparam="4",3,2,1,5,6,7,8 TNparam: can only take 4 arguments hello_param: `4' invalid for parameter `TNparam' insmod: cannot insert 'hello-param.ko': Invalid parameters (-1): Invalid argument [Tekkaman2440@SBC2440V4]#

我這個實驗除了對參數的改變進行實驗外，我的一個重要的目的是測試“ module_param_array(TNparam , int , &TNparam_nr , S_IRUGO);”中&TNparam_nr對輸入參數數目的限制作用。經過我的實驗，表明&TNparam_nr並沒有對輸入參數的數目起到限制作用。真正起到限制作用的是“static int TNparam[] = {1,2,3,4};”本身定義的大小，我將程序進行修改：
static int TNparam[] = {1,2,3,4}; 
改爲 static int TNparam[] = {1,2,3,4,5,6,7,8};
其他都不變。

編譯後再進行實驗，其結果是：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello-param.ko howmany=2 whom="KeKe" TNparam=4,3,2,1,5,6,7,8
(0) Hello, KeKe ！
(1) Hello, KeKe ！
TNparam[0] : 4
TNparam[1] : 3
TNparam[2] : 2
TNparam[3] : 1
TNparam[4] : 5
TNparam[5] : 6
TNparam[6] : 7
TNparam[7] : 8
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#

（15）“#include <linux/sched.h>”  最重要的頭文件之一。包含驅動程序使用的大部分內核API的定義，包括睡眠函數以及各種變量聲明。

（16）“#include <linux/version.h>” 包含所構造內核版本信息的頭文件。

在學習過程中找到了幾篇很好的參考文檔：
（1）第一章 模塊（Modules） URL：http://greenlinux.blogcn.com/diary,103232026.shtml
（2）《從 2.4 到 2.6：Linux 內核可裝載模塊機制的改變對設備驅動的影響》
URL：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-module26/
（3）《Linux2.6內核驅動移植參考》
URL：http://blog.chinaunix.net/u1/40912/showart_377391.html