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1、Linux设备驱动开发设备驱动开发详解详解(第第2版版)宋宝华宋宝华 编著编著人民邮电出版社人民邮电出版社Linux设备驱动程序设备驱动程序(第三版第三版)魏永明魏永明 耿岳耿岳 等等 译译中国电力出版社中国电力出版社精通精通Linux驱动程序驱动程序开发开发Sreekrishnan 编著编著人民邮电出版社人民邮电出版社p为了使系统功能能够更灵活的扩充，Linux支持内核的动态扩展，即在系统运行时给内核增加新的功能（即模块module）。p模块（module）是一段可以被动态链接的目标代码（.ko），它可由insmod命令动态的装载并链接到正在运行的内核。链接后，它就成了内核的一部分，直到用r
2、mmod命令解除链接并卸载。pLinux驱动程序就是一种特殊的内核模块。p内核模块工作在内核空间（supervisor space），而应用程序工作在用户空间（user space）p内核模块是一个由多个回调函数组成的“被动”代码集合体，采用了“事件驱动模型”；而应用程序总是从头至尾的执行单个任务。p内核模块不能调用C标准函数库（glibc库），只能调用linux内核导出的内核函数。p内核模块在编程时必须考虑可重入性（reentrant）p内核模块可使用的栈很小(一般只有4096字节)。头文件头文件 #include #include 必选许可声明许可声明MODULE_LICENSE(Dual
3、 BSD/GPL);必选加载函数加载函数static int _init hello_init(void) 必选卸载函数卸载函数static void _exit hello_exit(void) 必选模块参数模块参数module_param(num, int, S_IRUGO)可选模块导出符号模块导出符号EXPORT_SYMBOL(add_integer)可选模块作者等信息声明模块作者等信息声明MODULE_AUTHOR(“author_name”)可选#include #include MODULE_LICENSE(Dual BSD/GPL);static int _init hello_
4、init(void) / 这是模块加载函数这是模块加载函数 printk(KERN_ALERT Hello, worldn); return 0;static void _exit hello_exit(void) / 这是模块卸载函数这是模块卸载函数 printk(KERN_ALERT Goodbye, cruel worldn);module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);p 通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数会自动被内核执行，完成模块的相关初始化工作，通常包括：(1)向内核注册一些数据结构;（2）申请软
5、硬件资源;（3）初始化硬件p 模块加载函数必须用宏“module_init”指定，它返回整型值。若初始化成功则返回0，若失败则返回一个负值作为错误码。p “_init”和“_exit”都是宏，利用了gcc的扩展关键字，分别要求编译器将所声明函数的目标代码放入“init.text”段和“exit.text”段中(两个特殊的ELF段)。p static关键字为了将该函数名的可见性控制在本文件内。#define _init _attribute_ (_section_(“.init.text”)#define _exit _attribute_ (_section_(“.exit.text”)#de
6、fine module_init(x) _initcall(x);#define _initcall(fn) device_initcall(fn)#define device_initcall(fn) _define_initcall(6, fn, 6)#define _define_initcall(level,fn,id) static initcall_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall level .init) = fn所以，所以，module_init(x)最终展开为最终展开为：static initca
7、ll_t _initcall_#fn#id _used _attribute_(_section_(.initcall level .init) = fninitcall_t是一个指向函数的指针类型是一个指向函数的指针类型typedef int (*initcall_t)(void)所以所以module_init本质上是将一个函数指针变量放在了一名为本质上是将一个函数指针变量放在了一名为.initcall6.initELF节中。节中。p模块卸载函数必须用宏“module_exit”指定，无返回值。p当通过rmmod命令卸载某模块时，模块的卸载函数会自动被内核执行，完成与模块装载函数相反的功能。
8、（注销一些内核数据结构，释放资源等）。p printk（fmt, args )p 级别 KERN_EMERG 用于紧急消息, 常常是那些崩溃前的消息. KERN_ALERT 需要立刻动作的情形. KERN_CRIT 严重情况, 常常与严重的硬件或者软件失效有关. KERN_ERR 用来报告错误情况; 设备驱动常常使用 KERN_ERR 来报告硬件故障. KERN_WARNING 有问题的情况的警告, 这些情况自己不会引起系统的严重问题. KERN_NOTICE 正常情况, 但是仍然值得注意. 在这个级别一些安全相关的情况会报告. KERN_INFO 信息型消息. 在这个级别, 很多驱动在启动时
9、打印它们发现的硬件的信息. KERN_DEBUG 用作调试消息.p 不能打印浮点数p /etc/syslog.conf中可配置syslogd的分发规则，例如可以加入：kern.* /tmp/kernel_debug.txtp /proc/kernel/printk文件中设置了一个优先级，高于该优先级的消息才能显示到控制台中p模块许可证声（MODULE_LICENSE）明描述内核模块的许可权限p如果不声明LICENSE,模块被加载时，将收到内核被污染（kernel tainted）的警告已安装了GCC工具链有一份内核源码，且至少被编译过一次。内核模块程序在编译过程中要使用内核源码的头文件（在in
10、clude目录）和编译内核时生成的符号文件。p可以编写一个最简单的Makefile：obj-m := hello.op并采用如下命令编译：make C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M= $(shell pwd) modulesp或采用如下较复杂的Makefile：ifneq ($(KERNELRELEASE),) # call from kernel build systemobj-m:= hello.oelseKERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/buildPWD := $(shell pwd)d
11、efault:make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesendifp如果我们想由两个源文件(比如file1.c和file2.c )构造出一个名称为module.ko的模块, 则makefile的obj-m变量可如下编写: obj-m := module.o module-objs := file1.o file2.o p 使用insmod命令或modprobe加载模块：insmod ./hello.kop 使用rmmod命令卸载模块：rmmod hellop 使用lsmod命令查看内核中已加载的内核模块的信息p 通过查看/proc/modules文件也可查看内核
12、中已加载的内核模块的信息。p 通过查看/sys/module目录也可查看内核中已加载的内核模块的信息。p modprobe会考虑要装载的模块是否引用了一些当前内核不存在的符号。如果有这类引用，modprobe会在当前模块路径中搜索定义了这些符号的其他模块，并同时将这些模块也装载到内核。(/lib/modules modules.dep /ect/modprob.conf)module_param（参数名，参数类型，参数读（参数名，参数类型，参数读/写权限）写权限） 内核支持的模块参数类型包括：内核支持的模块参数类型包括： byte、short、ushort、int、uint、long、ulon
13、g、charp(字符指针)、bool。 static char *whom = world; static int howmany = 1; module_param(howmany, int, S_IRUGO); module_param(whom, charp, S_IRUGO); p可通过insmod或modprobe在装载模块时为其传入参数：pmodprobe也可以从它的配置文件(/etc/modprobe.conf)读取参数的值 / export.cint add_integer(int a, int b) return a+b; int sub_integer(int a, int
14、 b) return a-b; EXPORT_SYMBOL(add_integer);EXPORT_SYMBOL(sub_integer);extern int add_integer(int a, int b); / import.cextern sub_integer(int a, int b);static int _init hello_init(void) / 这是模块加载函数这是模块加载函数 printk(KERN_ALERT “%dn“, add_integer(5, 10); return 0;p 编译import.c时需要用到编译export.c时生成的符号文件module.symversp模块声明与描述 MODULE_AUTHOR(author); -声明模块的作者 MODULE_DESCRIPTION(description); -声明模块的描述MODULE_VERSION(version_string); -声明模块的版本 MODULE_DEVICE_TABLE(table_info); -声明模块的设备表MODULE_ALIAS(alternate_name); -声明模块的别名结束结束