Linux設備驅動程序學習（0）－Hello, world！模塊

 

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, Tekkaman Ninja ！\n");
    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);

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 = /home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2
    # The current directory is passed to sub-makes as argument
PWD := $(shell pwd)
INSTALLDIR = /home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules

CROSS_COMPILE    =/home/tekkaman/working/crosstool-gcc410-k26222/gcc-4.1.0-glibc-2.3.2/arm-9tdmi-linux-gnu/bin/arm-9tdmi-linux-gnu-
CC    = $(CROSS_COMPILE)gcc

obj-m := hello.o

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

modules_install:
    cp hello.ko $(INSTALLDIR)

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

.PHONY: modules modules_install clean

說實話，以上是我參考了《Linux設備驅動程序（第3版）》的Makefile源碼修改得來的。我對Makefile不是很瞭解，是該好好學習學習了！

然後就是make  modules 、 make  modules_install 。

[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules
make -C /home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2 M=/home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld modules
make[1]: Entering directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
  CC [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.o
  Building modules, stage 2.
  MODPOST 1 modules
  CC      /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.mod.o
  LD [M]  /home/tekkaman/working/Linuxdriver/Helloworld/hello.ko
make[1]: Leaving directory `/home/tekkaman/working/SBC2440/linux-2.6.22.2'
[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]# make modules_install
cp hello.ko /home/tekkaman/working/rootfs/lib/modules
[root@Tekkaman-Ninja Helloworld]#

在我的開發板上的操作：

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#cd /lib/modules/

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls

cs89x0.ko hello.ko p80211.ko prism2_usb.ko

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod hello.ko

Hello, Tekkaman Ninja ！

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod

Module Size Used by Not tainted

hello 1376 0

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod hello

Goodbye, Tekkaman Ninja ！

Love Linux !Love ARM ! Love KeKe !

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#lsmod

Module Size Used by Not tainted

[Tekkaman2440@SBC2440V4]#

---

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

以上就是我對《Linux設備驅動程序（第3版）》的《第二章 構造和運行模塊》 的學習總結。