linux驱动程序进入内核

1、ARM-uClinux下编写加载驱动程序详细过程本文主要介绍在uClinux下，通过加载模块的方式调试IO控制蜂鸣器的驱动程序。实验过程与上篇文章所 讲的过程基本相似，更多注重细节及注意事项。本文适合学习ARMLinux的初学者。/=硬件平台：MagicARM2200教学试验开发平台(LPC2290)Linux version 2.4.24，gcc version 2.95.3电路连接：P0.7蜂鸣器，低电平发声。实验条件：uClinux内核已经下载到开发板上，能够正常运行；与宿主机相连的网络、串口连接正常。/=编写蜂鸣器的驱动程序相对来说容易实现，不需要处理中断等繁琐的过程，本文以蜂鸣器的驱

2、动 程序为例，详细说明模块化驱动程序设计的主要过程和注意事项。一、编写驱动程序驱动程序的编写与上文所说的编写过程基本相同，这里再详细说明一下。/=蜂鸣器驱动程序：beep.c文件/#include /* 模块相关*/#include /* 内核相关*/#include /*linux 定义类型*/#include /*文件系统 file_opertions 结构体定义*/#include /* 出错信息*/*PINSEL0注意：低2位是UART0复用口，不要改动*/#define PINSEL0 (*(volatile unsigned*) 0 xE002C000)/*P0 口控制寄存器*/

3、#define IO0PIN (*(volatile unsigned*) 0 xE0028000) #define IO0SET (volatile unsigned*) 0 xE0028004)#define IO0DIR (volatile unsigned*) 0 xE0028008)#define IO0CLR (*(volatile unsigned*) 0 xE002800C)#define MAJOR_NUMBER 254/* 自定义的主设备号*/#define BEEP_CMD 0/*自定义的控制命令*/*函数声明*/static int beep_open(struct i

4、node *inode, struct file *file);static int beep_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg);static int beep_release(struct inode *inode, struct file *file);static int beep_init(void);static void beep_cleanup(void);/ / *volatile static int beep_major = MAJOR_NUM

5、BER;/*全局变量：主设备号自定义为 254*/ /*/*注册函数：用到file_operations结构体。将蜂鸣器结构体自命名为beep_test，在注册模块时要用到*/static struct file_operations beep_test = owner : THIS_MODULE,ioctl : beep_ioctl,open : beep_open,release : beep_release,; /*注意：此处的分号(；)不要丢掉*/ / *#define BEEPCON 0 x00000080static void beep_port_init(void) 蜂鸣器端口初

6、始化：设置P0.7 口为输出，初始值为高(蜂鸣器不 发声) IO0DIR = BEEPCON;IO0SET = BEEPCON;static void beep(int beep_status) 蜂鸣器操作：根据参数(beep_status)状态判断是否发声if(beep_status = 0)IO0CLR = BEEPCON;elseIO0SET = BEEPCON;static int beep_open(struct inode *inode, struct file *file) /beep_test结构体中的 open()函数 实体，以下同MOD_INC_USE_COUNT; /注册

7、模块数加 1beep_port_init();return 0;static int beep_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)if(cmd = 0)printk(beep on!n);beep(0);elseprintk(beep off!n);beep(1);return 0;static int beep_release(struct inode *inode, struct file *file)MOD_DEC_USE_COUNT; 模块数减 1retur

8、n 0;static int beep_init(void) 模块加载、初始化函数：将模块加载到内核运行int result;result = register_chrdev(beep_major, named_beep”, &beep_test);if(result 0)printk(KERN_INFObeep: cant get major numbern);return result;if(beep_major = 0) beep_major = result;printk(KERN_INFObeep: init OK!n);/*注意：驱动程序运行在内核空间，从内核打印信息要用print

9、k()函数而不是printf()函数，而且要 配有优先级*/return 0;static void beep_cleanup(void) 模块卸载函数：将模块从内核卸载出去unregister_chrdev(beep_major, named_beep);/ / */*以下部分是驱动程序的关键，后面做详细说明*/module_init(beep_init);/module_exit(beep_cleanup);int init_module(void) /加载模块return beep_init();void cleanup_module(void) 卸载模块beep_cleanup();/

10、驱动程序文件结束 /以上是整个驱动程序文件的全部内容，将文件保存，这里将其命名为beep.c。整个驱动程序很简 单，只填写了几个操作函数beep_open()、beep_release()和beep_ioctl()。其实控制蜂鸣器用 beep_ioctl() 一个函数即可，其它函数基本都是空操作。在驱动文件最后的两个函数对驱动程序来数是及其重要的。应用程序与内核的区别就是应用程序 从头到尾完成一个任务，而内核则为以后处理某些请求而注册自己，完成这个任务后，他的“主”函数就 立即终止。换句话说，init_module()函数(名称不能更改)是模块入口点，如同应用程序的main()函数 一样，换句

11、话说，模块入口点init_module()函数的任务就是为以后调用模块的函数做准备； cleanup_module()函数(名称不能更改)是模块的第二个入口点，此函数仅当模块被卸载前才被调用。它 的功能是去掉init_module()函数所作的事情。这两个函数由linus/modele.h头文件声明，有关模块实 现的源代码可以参见./kernel/module.c。init_module()函数在模块被加载时执行，模块的初始化就是通过调用init_module()函数完成的。 它注册驱动设备，需调用register_chrdev()函数实现。register_chrdev有3个参数：(1):希

12、望获得 的设备主号，即beep_major全局变量，如果是0，系统将选择一个没有被占用的设备号返回；(2):设 备文件名，自定义设备文件名，这里用named_beep，它返回这个驱动程序所使用的主设备号；(3):用 来登记驱动程序实际执行操作的函数指针，即beep_test结构体。如果登记成功，register_chrdev返回 设备的主设备号；否则返回一个负值。模块是内核的一部分，但并未被编辑到内核中，他们被分别编译和连接成目标文件。用命令insmod 插入一个模块到内核中，用命令rmmod卸载一个模块。这两个命令分别调用init_module()函数和 cleanup_module()函数

13、。关于insmod和rmmod命令，后面还会用到。在2.3版本以后的Linux内核中，提供了一种新的方法来命名这两个函数。例如可以定义 beep_init()和beep_cleanup()两个函数，然后在源代码文件末尾使用下面的语句，其效果是一样的。module_init(beep_init);module_exit(beep_cleanup);注意：这两个宏是在linux/init.h中被定义的，所以源码文件中必须包括这个头文件。而且， 这两行语句必须在函数声明后使用，否则会编译出错。驱动程序部分先暂且介绍到这，继续往下介绍，如何将驱动程序加载到内核中去，又如何利用驱 动程序来控制蜂鸣器发声

14、。二、编译驱动程序编译驱动程序的过程比较无聊，按照步骤一步一步进行即可。但首先需要了解linux的基本操作 命令，最好会Makefile文件的编写，至少能看懂也行。下面一步一步的介绍:1、将驱动程序beep.c文件传到宿主机中。这里所说的“宿主机”是运行Linux的PC机，可以是安装了 Linux操作系统的本地机，亦可以是 Linux服务器。由于嵌入式Linux的开发板资源有限，不可能在开发板上运行开发和调试工具。统称需要 交叉编译调试的方式进行，即“宿主机+目标板”的形式。程序在宿主机上编译一连接一定位，得到的可执 行文件则在目标板上运行。而“目标板”就是实验的硬件平台MagicARM220

15、0教学试验开发平台。本实验是在PC机上通过虚拟机搭建的宿主机。目标板和宿主机通过串口和网口连接，其中串口当 作终端，作为人机交互界面。若目标板可以看成一台计算机的话，那么串口终端就相当于这台计算机的显 示器，通过linux命令对目标板进行相关操作；而网口是与宿主机相连接，作为数据传输、共享的通道。 这里利用linux的NFS服务器将宿主机系统下/home/armwork目录作为共享目录，在目标板上通过mount 命令将此目录挂在到目标板上的/mnt目录下，于是打开目标板的/mnt目录所见的内容就是宿主机上 /home/armwork目录的内容。当然以上所说的内容包括宿主机的建立、交叉开发环境（

16、arm-elf-gcc）的安装、uClinux系统 移植、网卡串口驱动、嵌入TCP/IP协议栈等工作都已经做好，这里只是利用这一平台介绍驱动程序的编写。 而且这些工作步骤也比较单调，可以很容易找到现成的步骤说明，这里就不做过多说明了。说了一堆前提条件，现在开始继续。下面的工作都是在宿主机上进行的。前面所说的beep.c驱动文件是在Windows环境下编写的（当然也可以在Linux下编写，如用vi 编写），使用SSH Secure或FlashFXP等FTP工具，将beep.c文件上传到宿主机中，先在宿主机的 /home/armwork目录下建立一个新目录命名为beep。在宿主机的终端命令行上输入

17、下面两条命令：（这里 假定宿主机中已经存在有/home/armwork目录，当然也可以直接在图形编辑环境下新建目录）cd /home/armworkmkdir beepcd beep这三条命令意思分别为：将/home/armwork目录指定为当前目录；在当前目录下建立beep目录；将beep 目录指定为当前目录。然后，利用FTP工具将beep.c文件上传到刚刚建立的beep目录下，输入ls命令显示当前目录 下的内容：ls -l（命令均为为字母l，不是数字1）显示内容为文件的详细信息：-rw-r一r一1 root root2891 5 月 5 18:12 beep.c依次为操作权限、用户、文件大

18、小、日期、文件名等信息。2、编写Makefile文件。以下是Makefile文件的详细内容，将其保存命名为Makefile （文件名不能更改）#各项对应驱动程序的文件名。EXEC = beep OBJS = beep.o SRC = beep.c#交叉环境所在的目录，根据各自机器存放位置修改。INCLUDE = /usr/src/uClinux-dist/linux-2.4.x/include#所使用的交叉环境 CC = arm-elf-gcc LD = arm-elf-ldMODCFLAGS = -D_KERNEL_ -I$(INCLUDE) -Wall -O2 -fno-strict-al

19、iasing -fno-common -pipe -fno-builtin -D_linux_ -g -DNO_MM -mapcs-32 -march=armv4 -mtune=arm7tdmi -mshort-load-bytes -msoft-float -nostdinc -iwithprefix include LDFLAGS = -m armelf -rall: $(EXEC)$(EXEC): $(OBJS)$(LD) $(LDFLAGS) -o $ $(OBJS)%.o:%.c$(CC) $(MODCFLAGS) -mapcs -c $ ./loadbeep 注意：是“.”和“/”

20、后面跟文件名，表示执行此文件。执行此文件等同于执行以上命令。同时还用注意 权限问题，如果出现“./loadbeep: Permission denied ”提示信息，表示目标板没有对宿主机文件执行 的权限。这时需要在宿主机上修改loadbeep文件的使用权限，在宿主机的root用户(linux下拥有最好 权限的用户)下输入以下命令：# chmod 755 loadbeep这样，其它用户就拥有执行该文件的权限了。其中命令前的“#”表示root用户，$”表示其它用户。若模块使用后，不再需要，则可以使用rmmod命令卸载模块：rmmod beep这一命令将调用cleanup_module()函数。若

21、要查看当前已经加载过的设备模块，可以使用lsmod命令查看：lsmod这一命令只是输出的是/proc目录下的modules文件，当然可以用cat命令直接查看该文件。至此，模块加载工作也完成了。四、编写应用程序，测试驱动模块编写测试应用程序和编写驱动程序的过程基本相同，这里不再重复，程序代码如下：/=测试程序：main.c文件/#include main()int fd;int i;fd = open(/dev/beep, O_RDONLY);/*打开设备文件beep, O_RDONLY表示以只读方式打开，并会调用驱动程序中的beep_open()函数*/if(fd = -1) 若打开失败，则报

22、告出错，退出printf(Can not open filen);exit(-1);for(i=0; i3; i+) /让蜂鸣器每隔1秒响一次，共响三次ioctl(fd, 0, 0); /IO操作函数，指令码为0，调用驱动程序中的beep_ioctl()函数，控制蜂 鸣器发声sleep(1); /Linux系统函数，让进程暂停一段时间，可用于延时，时间单位是秒ioctl(fd, 1, 0); /IO操作函数，指令码为1，调用驱动程序中的beep_ioctl()函数，控制蜂 鸣器停止发声sleep(1);close(fd); /关闭设备文件，并会调用驱动程序中的beep_release()函数p

23、rintf(Success!n); 用户程序运行在用户空间，打印信息用printf()函数return(0);/测试程序文件结束/=测试程序完成，下面将测试程序按照上传驱动程序的方法上传到宿主机中。在宿主机的/home/armwork目录下新建一个目录，这里命名为exc目录。将测试程序main.c上 传到这个目录下。下面编写编译测试程序的Makefile文件。#EXEC = mainOBJS = main.oSRC = main.cCC =arm-elf-gccBASEPATH =/usr/src/uClinux-distLIBPATH =$(BASEPATH)/libLLIBPATH =$(

24、LIBPATH)/uClibc/libINCLUDEPATH =$(BASEPATH)/linux-2.4.x/includeLDFLAGS =-Os -g -Dlinux -D_linux_ -Dunix -D_uClinux_ -DEMBEDLDLIBS =-I$(LIBPATH)/uClibc/include -I$(LIBPATH)/libm -I$(LIBPATH)/libcrypt_old -I$(BASEPATH) -fno-builtin -nostartfiles -D_PIC_ -fpic -msingle-pic-base -I$(INCLUDEPATH)LDLIBS_E

25、XEC =-Wl,-elf2flt $(LLIBPATH)/crt0.o $(LLIBPATH)/crti.o $(LLIBPATH)/crtn.o -L$(LIBPATH)/uClibc/. -L$(LLIBPATH) -L$(LIBPATH)/libm -L$(LIBPATH)/libnet -L$(LIBPATH)/libdes -L$(LIBPATH)/libaes -L$(LIBPATH)/libpcap -L$(LIBPATH)/libcrypt_old -L$(LIBPATH)/libssl -L$(LIBPATH)/zlib -lc LDLIBS_OBJS =-call: $(

26、EXEC)$(EXEC): $(OBJS)$(CC) $(LDFLAGS) $(LDLIBS) $(LDLIBS_EXEC) -o $ $(OBJS)%.o:%.c$(CC) $(LDFLAGS) $(LDLIBS) $(LDLIBS_OBJS) -c $ -o $clean:-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o#保存并命名为Makefile (文件名不能更改)，将当前目录设置为/home/armwork/exc目录，上传 Makefile文件到当前目录中，输入make命令，编译测试程序main.c文件，生成main.o目标文件和main 可执行文件。显示输出以下结果：

27、arm-elf-gcc -Os -g -Dlinux -D_linux_ -Dunix -D_uClinux_ -DEMBED -I/usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/include -I/usr/src/uClinux-dist/lib/libm -I/usr/src/uClinux-dist/lib/libcrypt_old -I/usr/src/uClinux-dist -fno-builtin -nostartfiles -D_PIC_ -fpic -msingle-pic-base -I/usr/src/uClinux-dist/linux-2.4.x/

28、include -c -c main.c -o main.oarm-elf-gcc -Os -g -Dlinux -D_linux_ -Dunix -D_uClinux_ -DEMBED -I/usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/include -I/usr/src/uClinux-dist/lib/libm -I/usr/src/uClinux-dist/lib/libcrypt_old -I/usr/src/uClinux-dist -fno-builtin -nostartfiles -D_PIC_ -fpic -msingle-pic-base -I/usr

29、/src/uClinux-dist/linux-2.4.x/include -Wl,-elf2flt /usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/lib/crt0.o /usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/lib/crti.o /usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/lib/crtn.o -L/usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/.-L/usr/src/uClinux-dist/lib/uClibc/lib -L/usr/src/uClinux-dist/lib/libm -L/usr/sr

30、c/uClinux-dist/lib/libnet -L/usr/src/uClinux-dist/lib/libdes -L/usr/src/uClinux-dist/lib/libaes -L/usr/src/uClinux-dist/lib/libpcap-L/usr/src/uClinux-dist/lib/libcrypt_old -L/usr/src/uClinux-dist/lib/libssl -L/usr/src/uClinux-dist/lib/zlib -lc -o main main.o编译后，该目录多出几个文件。用ls命令查看详细文件信息，显示结果如下:-rwxr-r

31、-1rootroot29464 5月6 11:34 main-rw-r-r-1rootroot515 5 月5 17:31 main.c-rwxr-xr-x1rootroot742336 5月6 11:34 main.gdb-rw-r-r-1rootroot6828 5 月6 11:34 main.o-rw-r-r-1rootroot951 5月5 14:42 Makefile从显示结果可以看出，现在的main可执行文件只有宿主机的root用户拥有可执行权限，其它用户只拥有 只读权限，使用chmod命令更改权限：# chmod 755 main用ls命令查看修改后的文件详细信息为：-rwxr-

32、xr-x 1 root root29464 5 月 6 11:34 main这样，目标板也拥有对该文件的可执行权限了。现在回过头来再看目标板，通过超级终端，设置当前目录为/mnt/exc目录，执行main文件（输 入./main命令），一切正常则可以听到测试程序所设计的：蜂鸣器每秒响一声，共响三声，同时超级终端 有如下显示输入：beep on!beep off!beep on!beep off!beep on!beep off!Success!其中最后一条“Success!是在测试程序主函数里倒数第二条代码实现的（见前面的测试程序），其它显 示是在驱动程序中beep_ioctl（）函数里实现的

33、。至此，测试工作完成。五、总结本文从编写驱动程序开始到编译驱动程序、加载模块一直到测试驱动程序，详细的介绍了如何在 ARM的uClinux系统环境下加载模块化驱动程序及具体实现过程，完整阐述了模块化驱动程序的编写方法 及注意事项，对ARM-Linux的初学者来说能起到一定的引导作用。而本文对Makefile文件的编写及分析没 有进行介绍，在以后的文章中会详细介绍Makefile文件的编写。以上所完成的实验过程是在MagicARM2200 教学试验开发平台实验测试通过的，所将内容大多是我的个人理解，而我也只是初学者，因此纰漏在所难 免，也望各位读者指教。全文完Linux下编写驱动程序2008年0

34、5月01日 星期四18:44摘要：设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口。设备驱动 程序为应用程序屏蔽了硬件的细节。那么驱动程序如何书写实现这一接口功能是 本文讨论的重点，并以一简单的驱动程序介绍书写细节。在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先式调度。 (应用程序一般是在用户态下进行)也就是说系统必须在驱动程序的子函数返回 后才能进行其它的工作，即驱动程序不能进入死循环。字符型设备驱动程序的编写包含一下信息：#define _NO_VERSION_#include #include char kernel_version=UTS_RELEASE这段定义了一些版本信息，

35、虽然用处不大，但也必不可少。最好要包含。由于用户进程是通过设备文件同硬件打交道，对 设备文件的操作不外乎就是一些系统调用，如open，read，write，close ，(注意，不是fopen，fread，)但是如何把系统调用和驱动程序联系起来呢？ 这需要了解一个非常关键的数据结构：struct file_opertions(int(*seek)(struct inode*, struct file*, off_t, int);/* 文件定位*/ int(*read)(struct inode*, struct file*, char, int);/* 读取数据*/ int(*write)(s

36、truct inode*, struct file*, off_t, int);/* 写数据 */ int(*readdir)(struct inode*, struct file*, struct dirent*, int);/*取 相关目录*/int(*select)(struct inlde*, struct file*, int, select_table*);/非阻塞 设备访问*/int(*ioctl)(struct inlde*, struct file*, unsigned int, unsigned long); int(*mmap)(struct inlde*, struct

37、 file*, struct vm_area_struct*);int(*open)(struct inlde*, struct file*);int(*release)(struct inlde*, struct file*);int(*fsync)(struct inlde*, struct file*);/* 强制同步*/int(*fasync)(struct inlde*, struct file*);int(*check_media_change)(struct inlde*, struct file*);int(*revalidata)(dev_t dev);/* 使设备重新有效*

38、/ 其中 read, write, open, close (release), ioctl 是最核心的，必 须实现的。这个结构体的每个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系 统调用在对设备文件进行诸如read/write操作时，系统调用通过设备文件的主 设备号找到相应的设备注册程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着 把控制权交给该函数。这是linux的设备驱动程序工作的基本原理。既然是这样， 则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充file_operatons的各 个域。以下是简单的字符型设备的驱动程序编写方式，例子程序并不牵扯到具 体设备，只是个编写框架。#inc

39、lude /Linux 基本类型定义#include /文件系统相关头文件#include /memmory management 内存管理#include /错误代码#include /汇编文件unsigned int test_major = 0; /*定义一个主设备号(主设备号、从设备号在 Linux设备管理中有相关介绍)*/static int read_test(struct inode *inode, struct file *file, char *buf, int count)( /*本函数对应于file_opertions中read的实现，函数名自己定义。inode为设 备节

40、点，file为设备文件描述符(open()打开后自动或得)，buf为数据缓冲区， count为数据传送个数。“static ”这里修饰函数名表示函数只在本文件中有效。这里函数只实现简单数据拷贝功能。*/int left;if(verify_area(VERIFY_WRITE, buf, count) = -EFAULT) /验证缓存中 的数据是否有效return -EFAULT; /错误码，在 包含for(left二count; left0; left-)(_put_user(1, buf, 1);/* “ _”表示内核调用函数，此函数表示把数据从内核空间放到用 户空间，参数依次表示：填充数、

41、用户空间、数据量。*/buf+;return count;这个函数是为read调用准备的。当调用read时，read_test()被调用， 它把用户的缓冲区全部写1。buf是read调用的一个参数。它是用户进程空间的 一个地址。但是在read_test被调用时，系统进入核心态(内核空间)，必须用 put_user()，这是kernel提供的一个函数，用于向用户传送数据。另外还有 很多类似功能的函数，参考内核调用接口函数。在向用户空间拷贝数据之前，必 须验证buf空间是否可用。这就用到verify_area()。static int write_test(struct inode *inode

42、*inode, struct file *file, const char *buf, int count)(return count;写数据函数，具体没有实现，直接返回计数值。static int open_test(struct inode *inode, struct file *file)MOD_INC_USE_COUNT; /宏：注册模块数加 1return 0; 返回0表示成功，根据函数自己定义。这个函数比较简单，它不牵扯到设备文件，仅将模块数加1。static void release_test(struct inode *inode, struct file *file)(MO

43、D_DEC_USE_COUNT; /模块数减 1以上实现四个函数，后三个函数都是空操作，实际调用发生时什么也不 做，它们仅仅为file_operations结构体提供函数指针。下面开始注册刚刚写好的函数struct file_operations test_fops =/*file_operations 结构体名，test_fops 结构体对象*/(NILL, /*seek*/read_test,write_test,NULL,/*test_readdir*/NULL,/*test_mmap*/open_test,release_test,NULL, /*test_fsvnc*/NULL, /

44、*test_fasync*/ /*其它位置均填为空NILL*/；设备驱动程序的主体可以说是写好了，现在把驱动程序嵌入内核。驱动 程序可用按照两种方式编译。一种是编译进内核(kernel)，另一种是编译成模 块(modules)如*.o文件，如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改 动内核的源文件，而且不能动态的卸载，不利于调试，所以推荐使用模块方式。1、登记注册设备：方式一：编译进内核，利用函数init_module()int init_module(void)(int result;result = register_chrdev(0, test”, &test_fops);/*内核函数：注册一个字符型设备到内核中去。参数：指定设备号(0：表 示内核根据主设备号获得并返回给result)、设备名、设备结构体名*/if(result 0)(printk(KERN_INFOtest: cant get major numbern);/*在内核空间驱动程序打印数据，参数：打印优先级、打印信息*/return result;if(test_major = 0) test_major = result;return 0;方式二：编译加载模块方式，利用insmod命令，在用insmod命令将编译好的模 块调用内存时，init_module