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文章介绍:
🎉 本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享!🥳🥳🥳
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一、Hello 驱动(不涉及硬件操作)
我们选用的内核都是 4.x 版本,操作都是类似的:
rk3399 linux 4.4.154
rk3288 linux 4.4.154
imx6ul linux 4.9.88
am3358 linux 4.9.168
1.如何编写驱动程序
2.APP 打开的文件在内核中如何表示
APP 打开文件时,可以得到一个整数,这个整数被称为文件句柄 。对于 APP 的每一个文件句柄,在内核里面都有一个"**struct file"**与之对应。
可以猜测,我们使用 open 打开文件时,传入的 flags、mode 等参数会被记录在内核中对应的struct file 结构体里(f_flags、f_mode):
bash
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
去读写文件时,文件的当前偏移地址也会保存在 struct file 结构体的 f_pos 成员里。
3. 打开字符设备节点时,内核中也有对应的 struct file
注意这个结构体中的结构体:struct file_operations *f_op,这是由驱动程序提供的。
结构体 struct file_operations 的定义如下:
二、编写代码
1.写驱动程序
参考driver/char 中的程序,包含头文件,写框架,传输数据:
(1)驱动中实现 open, read, write, release,APP 调用这些函数时,都打印内核信息
(2)APP 调用 write 函数时,传入的数据保存在驱动中
(3)APP 调用 read 函数时,把驱动中保存的数据返回给 APP
2.hello_drv.c:
cpp
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
/* 1. 确定主设备号 */
static int major = 0;
static char kernel_buf[1024];
static struct class *hello_class;
#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)
/* 3. 实现对应的open/read/write等函数,填入file_operations结构体 */
static ssize_t hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));
return MIN(1024, size);
}
static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));
return MIN(1024, size);
}
static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
}
/* 2. 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations hello_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = hello_drv_open,
.read = hello_drv_read,
.write = hello_drv_write,
.release = hello_drv_close,
};
/* 4. 把file_operations结构体告诉内核:注册驱动程序 */
/* 5. 谁来注册驱动程序啊?得有一个入口函数:安装驱动程序时,就会去调用这个入口函数 */
static int __init hello_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv); /* /dev/hello */
hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");
err = PTR_ERR(hello_class);
if (IS_ERR(hello_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "hello");
return -1;
}
device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */
return 0;
}
/* 6. 有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数 */
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(hello_class);
unregister_chrdev(major, "hello");
}
/* 7. 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点 */
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
参考Linux的内核进行编写程序D:\linux\Linux-4.9.88\Linux-4.9.88\drivers\char(字符驱动程序)
第18~24行:确定主设备号
第19行:主设备号
第20行:将write得到的数据传入数组kernel_buf中
第24行:得到数据长度的最小值
第26~53行:实现对应的open/read/write等函数,填入file_operations结构体第31行:读取kernel_buf中的信息
第39行:将信息写入 kernel_buf
第55~62行: 定义自己的file_operations结构体在结构体内设置open, read, write, release这四个成员
第66~85行:得有一个入口函数:安装驱动程序时,就会去调用这个入口函数第82行:创造设备
**第87~94行:**得到一个出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数第92行:销毁设备
第99~102行:提供设备信息,自动创建设备节点第102行:增加GPL协议
阅读一个驱动程序,从它的入口函数开始 ,第 66 行就是入口函数。它的主要工作就是第 71 行,向内核注册一个 file_operations 结构体:hello_drv, 这就是字符设备驱动程序的核心。
file_operations 结构体 hello_drv 在第 56 行定义,里面提供了open/read/write/release成员,应用程序调用 open/read/write/close 时就会导致这些成员函数被调用。
file_operations 结构体 hello_drv 中的成员函数都比较简单,大多数只是打印而已。要注意的是,驱动程序和应用程序之间传递数据要使用copy_from_user/copy_to_user 函数。
3.写测试程序
测试程序要实现写、读功能:
cpp
./hello_drv_test -w www.100ask.net // 把字符串"www.100ask.net"发给驱动程序
./hello_drv_test -r // 把驱动中保存的字符串读回来
cpp
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
* ./hello_drv_test -w abc
* ./hello_drv_test -r
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
char buf[1024];
int len;
/* 1. 判断参数 */
if (argc < 2)
{
printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]);
printf(" %s -r\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file /dev/hello\n");
return -1;
}
/* 3. 写文件或读文件 */
if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3))
{
len = strlen(argv[2]) + 1;
len = len < 1024 ? len : 1024;
write(fd, argv[2], len);
}
else
{
len = read(fd, buf, 1024);
buf[1023] = '\0';
printf("APP read : %s\n", buf);
}
close(fd);
return 0;
}
三、测试
编写驱动程序的Makefile
驱动程序中包含了很多头文件,这些头文件来自内核,不同的 ARM 板它的某些头文件可能不同。所以编译驱动程序时,需要指定板子所用的内核的源码路径。、
要编译哪个文件?这也需要指定,设置 obj-m 变量即可,怎么把.c 文件编译为驱动程序.ko?这要借助内核的顶层 Makefile。 本驱动程序的 Makefile 内容如下:
cpp
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o hello_drv_test hello_drv_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
rm -f hello_drv_test
obj-m += hello_drv.o
先设置好交叉编译工具链,编译好你的板子所用的内核,然后修改 Makefile 指定内核源码路径,最后即可执行 make 命令编译驱动程序和测试程序。
**注意:**我们是在 Ubuntu 中编译程序,但是需要在 ARM 板子上测试。所以需要把程序放到 ARM 板子上。
启动单板后,可以通过 NFS 挂载 Ubuntu 的某个目录,访问该目录中的程序。
bash
cp *.ko hello_drv_test ~/nfs_rootfs/
在 ARM 板上测试:
//安装驱动程序
cpp
[root@100ask:/mnt]# insmod hello_drv.ko
// 驱动程序会生成设备节点
// 查看测试程序的用法
//往驱动程序中写入字符串
// 从驱动程序中读出字符串
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