基於Linux系統的內核編程小Demo.
編寫Linux內核模塊的demo及注意事項.
什麼是內核模塊呢？
首先內核是一個操作系統的最基礎部分，它是一個向所有外部程序和硬件驅動提供一個插口的這麼一個存在，然後內核模塊就是對接這個抽口的模塊。
內核又分了微內核和宏內核，宏內核又分爲單內核和雙內核。而Linux內核屬於宏內核中的單內核，它汲取了微內核的思想和精華，故而提供了模塊化機制，不僅實現了效率高，同時因爲模塊化的存在讓其更加的便於維護和擴展。
更多的內核相關信息可自行上網瞭解
驅動程序在內核中，都是獨立的模塊，例如LED驅動、蜂鳴器驅動，它們驅動之間沒有相互的聯繫，可以通過應用程序將兩個驅動聯繫在一起,例如以下的代碼，LED驅動和蜂鳴器驅動各自都是一個獨立的模塊（module）。
內核模塊編譯成功後會生成一個 (*.ko)（kernel object）文件。
當內核編寫完成後，使用以下兩個命令：
加載內核模塊
insmod *.ko
卸載內核模塊
rmmod *.ko
注意：驅動是安裝在內存中正在運行的內核上。
應用程序代碼結構和內核模塊代碼結構區別：
運行方法|C語言應用程序|內核模塊
–|:–:|–
運行空間|用戶空間|內核空間
出口|main|module_init函數指定
入口|-|module_exit函數指定
編譯|gcc|Makefile
運行|./直接運行|insmod
退出|exit|rmmod
設計一個簡單的內核demo.
默認已經下載好了Linux內核源碼並且解壓好。
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| #include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
//入口函數
static int __init myled_init(void)
{
printk("myled drvier init !\n");
return 0;
}
//出口函數
static int __exit myled_exit(void)
{
printk("myled drvier exit !\n");
return 0;
}
module_init(myled_init); //驅動程序的入口：insmod myled.ko調用module_init，module_init又會去調用myled_init函數。
module_exit(myled_exit); //驅動程序的出口：rmmod myled調用module_exit，module_exit又會去調用myled_exit函數。
//模塊描述
MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息
MODULE_DESCRIPTION("myled driver"); //模塊功能說明
MODULE_LICENSE("GPL"); //許可證：驅動遵循GPL協議
|
關鍵字詳解
至此一個簡單的內核模塊的代碼就完成了，當然這只是冰山一角。
代碼中__init用在初始化函數，加上這個關鍵字代表往往是隻調用一次，往後就不會再被調用了，那它的資源將會被釋放。
__exit關鍵字也一樣，修飾清除退出函數，在退出函數被調用過後，立馬釋放資源。
相關函數詳解
- printk函數
- 在驅動開發當中，我們不能使用printf函數，只能使用printk函數，使用方法會跟printf函數相像，但是也有點不同。
- 具體源碼看
#include <linux/kernel.h>
- 在源碼中可見，printk函數存在優先級打印，可以查看
printk優先級：
![]()
- 我們可以通過修改
printk文件來獲得需要的默認優先級輸出echo x x 1 7 > /proc/sys/kernel/printk,也可以在printk函數中添加優先級; 1
| printk("<3>""led drvier init\n");
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也可以寫爲 1
| printk(KERN_ERR"led drvier init\n");
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- printk函數打印優先級的相關宏定義，在<linux/printk.h>當中能夠找到
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| #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 condition */
#define KERN_INFO "<6>" /* informational */
#define KERN_DEBUG "<7>" /* debug-level messages */
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注意：printk有一個缺點：不支持浮點數打印
由此可見，應用程序和內核模塊的源碼的區別;
內核模塊代碼的編譯.
和應用程序不同，內核模塊一般由Makefile來進行編譯，關於Makefile的編寫，可以閱讀Documentation/kbuild/modules.txt，包含很多編譯內核模塊的操作步驟;具體如下：
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| obj-m += myled.o
KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel
CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi-
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf
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Makefile詳解：
obj-m+=myled.o
make的第一階段將源程序編譯爲目標文件myled.o
make的第二階段將myled.ko編譯成一個模塊，即myled.ko。
KERNEL_DIR :=/home/bbigq/6818GEC/kernel
內核源碼路徑：查找編譯所需的頭文件、函數原型、Makefile…..
CROSS_COMPILE:=/home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi-
交叉編譯工具，內核使用4.8版本進行編譯，內核模塊最好也是跟內核使用相同的編譯工具
PWD:=$(shell pwd)
當前內核模塊源碼路徑
$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
使用make命令的時候，傳遞多個參數，並調用內核源碼下的Makefie文件，使用該Makefile文件中的工具，將myled.o文件編譯爲一個內核模塊myled.ko。
rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf
刪除過程文件及其他文件。
編譯完成之後，可以通過modinfo命令來查看驅動信息。
![modinfo命令]()
內核模塊的參數.
內核支持:bool、charp（字符串指針）、short、int、long、ushort、uint、ulong類型，這些類型可以對應於整型、數組、字符串
情景：當你需要編寫一個串口驅動時，要求波特率等信息通過命令行輸入;
led.c
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| #include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
static int baud = 9600;
static int port[4]={0,1,2,3};
static int port_cnt=0;
static char *name="vcom";
//通過以下宏定義來接收命令行的參數
module_param(baud,int,0644); //rw- r-- r--
module_param_array(port,int,&port_cnt,0644); //rw- r-- r--
module_param(name,charp,0644); //rw- r-- r--
//入口函數
static int __init led_init(void)
{
printk("led init\n");
printk("baud=%d\n",baud);
printk("port=%d %d %d %d ,port_cnt=%d\n",port[0],port[1],port[2],port[3],port_cnt);
printk("name=%s\n",name);
return 0;
}
//出口函數
static void __exit led_exit(void)
{
printk("led exit\n");
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit)
//模塊描述
MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息
MODULE_DESCRIPTION("led driver"); //模塊功能說明
MODULE_LICENSE("GPL"); //許可證：驅動遵循GPL協議
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關鍵函數詳解
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| module_param(name,type,perm)
module_param_array(name,type,nump,perm)
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| 函數名 |
作用 |
| name |
變量的名字 |
| type |
變量或數組元素的類型 |
| nump |
保存數組元素個數的指針，可選。默認寫NULL。 |
| perm |
在sysfs文件系統中對應的文件的權限屬性，決定哪些用戶能夠傳遞哪些參數，如果該用戶權限過低，則無法通過命令行傳遞參數給該內核模塊。 |
在編譯成功後，加載模塊時，可以填寫相應的參數：
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| insmod led.ko baud=115200 port=1,2,3,4 name="tcom"
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執行後返回信息：
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| led init
baud=115200
port=1 2 3 4 ,port_cnt=4
name=tcom
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加載內核模塊後，能夠在/sys/module/led_drv/parameters/目錄下看到對參數的訪問權限。
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| #ls -l /sys/module/led_drv/parameters/
total 0
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Jan 1 02:06 baud
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Jan 1 02:06 name
-rw-r--r-- 1 root root 4096 Jan 1 02:06 port
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編譯多個內核模塊.
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| obj-m += led.o
obj-m += sum.o
KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel
CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi-
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf
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內核符號表——全局共享函數接口與變量.
![內核符號表]()
內核符號表是記錄了內核中所有的符號（函數、全局變量）的地址及名字，這個符號表被嵌入到內核鏡像中，使得內核可以在運行過程中隨時獲得一個符號地址對應的符號名。
故而每加載一個內核模塊後，該內核模塊中的所有的函數、全局變量等信息都會保存到內核符號表中，比如A內核模塊調用了B內核模塊中聲明的函數時，A內核模塊就會到內核符號表中查找，這個時候會用到以下兩個宏定義
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| EXPORT_SYMBOL（符號名）：導出的符號可以給其他模塊使用。
EXPORT_SYMBOL_GPL（符號名）：導出的符號只能讓符合GPL協議的模塊才能使用。
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示例代碼
1：A模塊lcd.c
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| #include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
extern int share; //申明B模塊中的全局變量
extern int add_return_sum(int a, int b);//申明B模塊中的函數
//入口函數
static int __init gec6818_led_init(void)
{
printk("<3>""gec6818 led init\n");
printk("<3>""add_return_sum(10,11) = %d\n", add_return_sum(10, 11));
return 0;
}
//出口函數
static void __exit gec6818_led_exit(void)
{
printk("<4>""gec6818 led exit\n");
}
//驅動程序的出入口
module_init(gec6818_led_init);
module_exit(gec6818_led_exit)
//模塊描述
MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息
MODULE_DESCRIPTION("study kernal first code test");//模塊功能說明
MODULE_LICENSE("GPL"); //許可證：驅動遵循GPL協議
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2：B模塊sum.c文件
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| #include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
static int share = 100;
static int add_return_sum(int a, int b)
{
int sum = a + b;
return sum;
}
//導出的符號只能讓符合GPL協議的模塊才能使用。
EXPORT_SYMBOL_GPL(share);
EXPORT_SYMBOL_GPL(add_return_sum);
//模塊描述
MODULE_AUTHOR("LYQ"); //作者信息
MODULE_DESCRIPTION("study kernal first code test"); //模塊功能說明
MODULE_LICENSE("GPL"); //許可證：驅動遵循GPL協議
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3：對應的Makefile
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| obj-m += led.o
led-objs = led.o sum.o
KERNEL_DIR := /home/bbigq/6818GEC/kernel
CROSS_COMPILE := /home/bbigq/6818GEC/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-eabi-4.8/bin/arm-eabi-
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
rm *.o *.order .*.cmd *.mod.c *.symvers .tmp_versions -rf
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此處Makefile要點詳解：
obj-m += led.o obj-m代表着最終生成的驅動文件爲led.ko
led-objs = led.o sum.o並且led.ko必須依賴兩個.o文件就是led.o和sum.o文件，因此通過模塊名加-objs的形式可以定義整個模塊所包含的文件。
坑警告！！！
1：類似於以上情況，A模塊依賴B模塊的調用，在加載模塊時，應先加載B模塊，再加載A模塊，否則會出現錯誤，類似以下：
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| led: Unknown symbol add_return_sum (err 0)
insmod: can't insert 'led.ko': unknown symbol in module or invalid parameter
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2：如果當前模塊沒有添加許可，也會在編譯或者加載的時候出現報錯現象。
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