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1、设备驱动程序第二章 Linux内核与内核模块目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPL目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPLLinux内核源代码结构进程调度内存管理虚拟文件系统目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPL内核模块简介l什么
2、是模块？l从代码特征上来看，模块就是可完成一项独立功能的一组函数的集合。l从使用特征上来看，它在被需要时可以随时安装，而在不需要时又可以随时被卸载。l总之，模块是一个为内核或其他内核模块提供使用功能的代码块。l准确地说，模块就是一个已编译但未连接的可执行文件。lLinux是一个一体化内核，内核中各部件联系紧密，当因为某种原因需要增加、扩充时，用户必须对内核全部重新编译一次，所以，为了弥补这个缺点，Linux建立了模块机制。内核模块简介l从内核的角度看，模块所包含的代码段一旦被连接到内核，它就可以是内核的一部分，所以它也被叫做内核模块。l从用户角度看，模块是内核的一个外挂的配件，需要时可以将其连
3、接到内核上，以完成用户所要求的任务；不需要时可以将其删除。它给用户提供了扩充内核功能的手段。代码说明l Printk（）是内核使用的函数。因为在内核中不能调用C库函数，所以在内核模块中必须使用由内核提供的相关函数。l这个最简单的内核模块只包含内核模块加载函数、卸载函数和对Dual BSD/GPL许可权限的声明以及一些描述信息。l编译它会产生hello.ko目标文件，通过insmod./hello.ko命令可以加载它，输出hello world enter。l通过rmmod hello命令可以卸载它，输出hello world exit。内核模块程序结构l一个Linux内核模块主要由以下几部分组
4、成：l模块加载函数（必须）l模块卸载函数（必须）l模块许可证声明（必须）l模块参数（可选）l模块导出符号（可选）l模块作者等信息声明（可选）模块加载函数lLinux内核模块加载函数一般以_ _init标识声明，典型的模块加载函数的形式：l模块加载函数必须以module_init（函数名）的形式被指定。它返回整型值，若初始化成功，应返回0；失败则返回错误编码。l在Linux内核中，所有标识为_ _init的函数在连接的时候都放在.init.text这个区段内，此外，所有的_ _init函数在.initcall.init区段中还保存了一份函数指针，在初始化时内核会通过这些函数指针调用这些_ _in
5、it函数，并在初始化完成后释放init区段。模块卸载函数lLinux内核模块加载函数一般以_ _exit标识声明，典型的模块卸载函数的形式：l模块卸载函数在模块卸载的时候运行，不返回任何值，必须以module_ _exit（函数名）的形式来指定。l和_ _init一样，_ _exit也可以使对应函数在运行完成后自动回收内存。模块加载和卸载函数l若模块加载函数注册了XXX，则模块卸载函数应该注销XXX。l若模块加载函数动态申请了内存，则模块卸载函数应释放内存。l若模块加载函数申请了硬件资源的占用，则模块卸载函数应释放这些硬件资源。l若模块加载函数开启了硬件，则卸载函数中一般要关闭硬件。目录lLi
6、nux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPL模块参数l我们可以用module_param(参数名，参数类型，参数读/写权限)为模块定义一个参数。l在装载内核模块时，用户可以向模块传递参数，形式为insmode(或modprobe)模块名 参数名=参数值，如果不传递，参数将使用模块内定义的默认值。l模块也可以拥有参数数组，形式为module_param_array（数组名，数组类型，数组长，参数读/写权限）。运行insomd或modprobe命令时，应使用逗号分隔输入的数组元素。导出符号l
7、Linux2.6的/proc/kallsyms文件对应着内核符号表，它记录了符号以及符号所在的内存地址。l模块可以使用如下宏导出符号到内核符号表：l导出的符号将可以被其他模块使用，使用前声明下即可。目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPL模块声明与描述l在Linux内核模块中，我们可以使用MODULE_AUTHOR,MODULE_DESCRIPTION,MODULE_VERSION,MODULE_DEVICE_TABLE,MODULE_ALIAS分别声明模块的作者、描述、版
8、本、设备表和别名。模块的使用计数lLinux2.4内核中，模块自身通过MOD_INC_USE_COUNT,MOD_DEC_COUNT宏来管理自己被使用的计数。lLinux2.6内核提供了模块计数管理接口lInt try_module_get(struct module*module)函数用于增加模块使用计数。若返回0，表示调用失败，希望使用的模块没有被加载或正在被加载。lmodule_put(struct module*module)函数用于减少模块的使用计数。目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计
9、数l模块的编译l模块与GPL目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPL模块与GPLl对于自己编写的驱动等内核代码，如果不编译为模块则无法绕开GPL，编译为模块后企业在产品中使用模块，则公司对外不再需要提供对应的源代码。l为了使公司产品所使用的Linux操作系统支持模块，需要完成如下工作：l在内核编译时应该选上“Enable loadable omdule support”，嵌入式产品一般不需要动态卸载模块，所以“可以卸载模块”不选，当然选了也没关系l将我们编译的内核模块.ko
10、文件放置在目标文件系统的相关目录中l产品的文件系统中应该包含了支持新内核的insmod、lsmod、rmmod等工具l在使用中用户可使用insmod命令手动加载模块，如insmod xxx.ko（如：insmod hello.ko）l但是一般而言，产品在启动过程中应该加载模块，在嵌入式Linux的启动过程中，加载企业自己的模块的最简单的方法是修改启动过程的rc脚本，增加insomd/xxx.ko这样的命令。模块与GPL目录lLinux内核的组成l内核的编译及加载l内核模块的程序结构l模块加载和卸载函数l模块参数l导出符号l模块声明与描述l模块的使用计数l模块的编译l模块与GPLLinux内核的
11、配置lLinux内核的配置系统由以下三部分组成：lMakefile：分布在Linux内核源代码中的makefile，定义Linux内核的编译规则。l配置文件Kconfig：给用户提供配置选择的功能。l配置工具：包括配置命令(make menuconfig)解释器和配置用户界面。Linux内核的配置lLinux内核的配置界面：Kconfigl菜单入口l大多数的内核配置选项都对应kconfig中的一个菜单入口，如：lConfig关键字定义新的配置选项，之后的几行定义了该配置选项的属性。配置选项的属性包括类型、数据范围、输入提示、依赖关系、帮助信息和默认值等。Kconfigl菜单结构l菜单入口在菜单
12、树结构中的位置可由两种方法决定。l所有处于menu和endmenu之间的菜单入口都会成为“network device support”的子菜单。而且，所有子菜单选项都会继承父菜单的依赖关系。l 通过分析依赖关系生成菜单结构。如果菜单选项在一定程度上依赖于前面的选项，它就能成为该选项的子菜单。如果父选项为N，则子选项不可见；如果为Y或M，则子选项可见。KconfigKconfigl使用make config/make menuconfig命令后，会生成一个.config配置文件(隐含在顶层makefile中)，记录哪些部分被编译入内核，哪些部分被编译为内核模块。l运行make menuconf
13、ig命令时，配置工具首先分析与体系结构对应的/arc/xxx(arm)/kconfig文件(最顶层的kconfig目录)。Kconfig文件中除了本身包含一些与体系结构相关的配置项和配置菜单外，还通过source语句引入了一系列kconfig文件，而这些kconfig文件又可能再次通过source引入下一层的kconfig，配置工具依据这些kconfig包含的菜单和项目即可描绘出一个如图的分层结构。举例：source drivers/test/kconfigKconfigMakefilel目标定义l目标定义用来定义哪些内容要作为模块编译，哪些要编译并连接进内核。obj-y+=foo.o 表示要
14、由foo.c或foo.s文件编译得到foo.o并连接进内核，而obj-m则表示该文件要作为模块编译。除了y,m以外的obj-x形式的目标都不会被编译。l更常见的做法是根据.config文件的CONFIG_变量来决定文件的编译方式，如下：Makefilel多文件模块的定义l如果一个模块由多个文件组成，这时应采用模块名加-objs后缀或者-y后缀的形式来定义模块的组成文件。Makefilel目录层次的迭代：l当CONFIG_EXT2_FS的值为y或m时，将kbuild会把ext2目录列入向下迭代的目录中，具体ext2目录下的文件是要作为模块编译还是链入内核由ext2目录下的makefile文件的内
15、容决定。在Linux内核中新增程序的方法l在LINUX下加载程序（驱动程序也如此）可以采用动态和静态两种方式。l静态加载就是把程序直接编译到内核里，系统启动后可以直接调用。静态加载的缺点是调试起来比较麻烦，每次修改一个地方都要重新编译下载内核，效率较低。l动态加载利用了LINUX的module特性，可以在系统启动后用insmod命令把程序（.ko文件）添加上去，在不需要的时候用rmmod命令来卸载。l在台式机上一般采用动态加载的方式。在嵌入式产品里可以先用动态加载的方式来调试，调试完毕后再编译到内核里。静态加载l在Linux内核中增加程序需要完成以下三项工作：l将编写的源代码复制到Linux内
16、核源代码的相应目录。l在目录的Kconfig文件中增加新源代码对应项目的编译配置选项。l在目录的Makefile文件中增加对新源代码的编译条目。静态加载实例RTCl在linuxdriverschar目录中包含S3C2410处理器的RTC设备驱动程序源代码s3c2410-rtc.c。l在该目录的Kconfig配置文件中增加S3C2410_RTC的配置项目：config S3C2410_RTC bool “S3C2410 RTC Driver”depend on ARCH_s3c2410 help l上述Kconfig文件的这段脚本意味着只有在ARCH_s3c2410项目被配置的情况下，运行mak
17、e menuconfig时才会出现S3C2410_RTC配置项目，这个项目配置项目为布尔型（要么编译入内核，要么不编译，选项为“Y”或“N”），菜单上显示的字符串为“S3C2410 RTC Driver”，“help”后面的内容为帮助信息。静态加载实例RTC静态加载实例RTCl在目录的Makefile中建立一个关于S3C2410_RTC的编译脚本：obj-$(CONFIG_ S3C2410_RTC)+=s3c2410-rtc.ol如果S3C2410_RTC配置选项被选择为“Y”，即obj-$(CONFIG_ S3C2410_RTC)等同于obj-y，则编译s3c2410-rtc.c，直接会将生成的目标代码直接连接到内核。相反，选“N”时，则不编译s3c2410-rtc.c。Linux内核的引导lX86PC机上的Linux内核引导流程：Linux内核的引导lX86PC机上的Linux内核初始化：