開發(fā)驅(qū)動準(zhǔn)備工作

1.正常運行的Linux系統(tǒng)的開發(fā)板

開發(fā)板中的Linux的Image必須是自己編譯的，不能是別人編譯的。筆者用的是IMX8QM的開發(fā)板，任何開發(fā)板都是一樣的流程。

2.內(nèi)核源碼樹

其實就是一個經(jīng)過配置編譯之后的內(nèi)核源碼。編譯驅(qū)動的過程中就要用到內(nèi)核源碼樹。編寫代碼的時候，需要用到系統(tǒng)內(nèi)核的頭文件，因此一定要有內(nèi)核源碼，

3.nfs掛載的rootfs

盡管內(nèi)核是linux的核心，但文件卻是**用戶與操作系統(tǒng)交互所采用的主要工具。**這對linux來說尤其如此，這是因為在UNIX傳統(tǒng)中，它使用文件I/O機(jī)制管理硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)文件。根文件系統(tǒng)首先是一種文件系統(tǒng)，該文件系統(tǒng)不僅具有普通文件系統(tǒng)的存儲數(shù)據(jù)文件的功能，但是相對于普通的文件系統(tǒng)，它的特殊之處在于，它是內(nèi)核啟動時所掛載（mount）的第一個文件系統(tǒng)，內(nèi)核代碼的映像文件保存在根文件系統(tǒng)中，系統(tǒng)引導(dǎo)啟動程序會在根文件系統(tǒng)掛載之后從中把一些初始化腳本（如rcS,inittab）和服務(wù)加載到內(nèi)存中去運行。我們要明白文件系統(tǒng)和內(nèi)核是完全獨立的兩個部分。在嵌入式中移植的內(nèi)核下載到開發(fā)板上，是沒有辦法真正的啟動Linux操作系統(tǒng)的，會出現(xiàn)無法加載文件系統(tǒng)的錯誤。一套linux體系，只有內(nèi)核本身是不能工作的，必須要rootfs（上的etc目錄下的配置文件、/bin /sbin等目錄下的shell命令，還有/lib目錄下的庫文件等···）相配合才能工作。Linux啟動時，第一個必須掛載的是根文件系統(tǒng)；若系統(tǒng)不能從指定設(shè)備上掛載根文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)會出錯而退出啟動。成功之后可以自動或手動掛載其他的文件系統(tǒng)。因此，一個系統(tǒng)中可以同時存在不同的文件系統(tǒng)。在 Linux 中將一個文件系統(tǒng)與一個存儲設(shè)備關(guān)聯(lián)起來的過程稱為掛載（mount）。使用 mount 命令將一個文件系統(tǒng)附著到當(dāng)前文件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中（根）。在執(zhí)行掛裝時，要提供文件系統(tǒng)類型、文件系統(tǒng)和一個掛裝點。根文件系統(tǒng)被掛載到根目錄下“/”上后，在根目錄下就有根文件系統(tǒng)的各個目錄，文件：/bin /sbin /mnt等，再將其他分區(qū)掛接到/mnt目錄上，/mnt目錄下就有這個分區(qū)的各個目錄和文件。

4.得心趁手的IDE

這里使用的是Vscode，配置過程如下：

在Ubuntu桌面新建文件夾

mkdir 8qm_driver

用Vscode打開新建的文件夾，可以使用在新建的文件夾內(nèi)使用終端命令

code .

配置頭文件目錄

使用快捷鍵 Ctrl+Shift+P 選擇編輯配置

輸入以下內(nèi)容

{"configurations": [{"name": "Linux","includePath": ["/home/marxist/8qm源碼/imx_4.14.98_2.0.0_ga/include","${workspaceFolder}/**"],"defines": ["__GNUC__","__KERNEL__"],"compilerPath": "/usr/bin/gcc","cStandard": "c17","cppStandard": "gnu++14","intelliSenseMode": "linux-gcc-arm64"}],"version": 4
}

注意：在includePath 塊中，換成你的Linux內(nèi)核源碼的路徑，一定要是和你的目標(biāo)機(jī)的源碼一致

比如我的目標(biāo)機(jī)的Linux版本為 4.14.98

那么編譯的時候內(nèi)核源碼也為4.14.98

當(dāng)年初學(xué)驅(qū)動的時候，就因為版本不一致，dmesg一直報錯，提示vermagic不一致，查了一天資料才發(fā)現(xiàn)這個問題，┭┮﹏┭┮

第一個Hello world 驅(qū)動程序

常見模塊的操作命令

在Linux系統(tǒng)中，管理內(nèi)核模塊的常見命令包括lsmod、insmod、rmmod、modinfo等。這些命令用于列出、加載、卸載和查看內(nèi)核模塊的詳細(xì)信息。

1. lsmod

   • 作用：列出當(dāng)前加載到內(nèi)核中的所有模塊。
   • 用法：直接運行lsmod命令，無需參數(shù)。
   • 輸出：模塊名稱、使用次數(shù)及相關(guān)模塊。

   lsmod
   

2. insmod

   • 作用：加載已編譯的內(nèi)核模塊。
   • 用法：insmod <module_file.ko>
   • 注意：加載時需要提供模塊的完整路徑。常用于開發(fā)階段，手動加載模塊測試。

   sudo insmod my_driver.ko
   

3. modinfo

   • 作用：顯示模塊的詳細(xì)信息，包括依賴、版本信息、許可證等。
   • 用法：modinfo <module_file.ko>
   • 輸出示例：
     • depends：顯示模塊依賴的其他模塊。
     • vermagic：顯示模塊編譯時的內(nèi)核版本和相關(guān)信息。

   modinfo my_driver.ko
   

4. rmmod

   • 作用：卸載已加載的模塊。
   • 用法：rmmod <module_name>
   • 注意：模塊名稱不帶文件擴(kuò)展名.ko，卸載時只需提供模塊名。

   sudo rmmod my_driver
   

模塊的初始化和清理

模塊源代碼通常使用module_init宏聲明初始化函數(shù)。這個宏指定的函數(shù)在模塊加載時（使用insmod命令）自動調(diào)用，例如：

static int __init chrdev_init(void)
{printk(KERN_INFO "Initializing character device\n");return 0;
}module_init(chrdev_init);

module_init的作用是將chrdev_init函數(shù)與insmod命令綁定。當(dāng)運行insmod時，這個函數(shù)被調(diào)用。初始化函數(shù)中的輸出通常使用printk打印，可以通過dmesg命令查看內(nèi)核消息。

模塊的版本信息

• 內(nèi)核模塊的版本信息由vermagic字段表示。vermagic包含了內(nèi)核版本號、編譯器版本等信息。加載模塊時，vermagic必須與當(dāng)前運行的內(nèi)核版本一致，否則insmod會失敗。這是為了確保模塊與內(nèi)核的兼容性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

模塊中的各種宏

1. MODULE_LICENSE

   • 作用：聲明模塊的許可證類型。常見的值包括"GPL"（開源）和"Proprietary"（私有）。
   • 示例：MODULE_LICENSE("GPL");
   • 注意：使用GPL許可證表示模塊遵循開源協(xié)議，加載時不會受到限制。

2. MODULE_AUTHOR

   • 作用：聲明模塊的作者信息。
   • 示例：MODULE_AUTHOR("Author Name");

3. module_init 和 module_exit

   • 作用：module_init宏用于指定模塊的初始化函數(shù)，module_exit宏用于指定模塊的清理函數(shù)。

   • 示例：

     module_init(chrdev_init);
     module_exit(chrdev_exit);
     

4. __init 和 __exit

   • 作用：這些宏用于標(biāo)記初始化和清理函數(shù)。__init標(biāo)記的函數(shù)在模塊加載后被釋放，以節(jié)省內(nèi)存。__exit標(biāo)記的函數(shù)在模塊卸載時調(diào)用。

   • 示例：

     static int __init chrdev_init(void)
     {printk(KERN_INFO "Initializing character device\n");return 0;
     }static void __exit chrdev_exit(void)
     {printk(KERN_INFO "Exiting character device\n");
     }
     

示例Hello World代碼

新建一個kernel_test.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>//在模塊加載到內(nèi)核程序中被執(zhí)行一次
int __init test_init(void){printk("Hello World\n");return 0;
}
//在模塊從內(nèi)核驅(qū)動中卸載時執(zhí)行一次
void __exit test_exit(void)
{printk("Goodbye World\n");}
module_init(test_init);		//注冊此模塊加載的回調(diào)函數(shù)
module_exit(test_exit);		//注冊此模塊卸載的回調(diào)函數(shù)
MODULE_LICENSE("GPL");		//聲明遵循協(xié)議

printk函數(shù)解析

(1)printk在內(nèi)核源碼中用來打印信息的函數(shù)，用法和printf非常相似。

(2)printk和printf最大的差別：printf是C庫函數(shù)，是在應(yīng)用層編程中使用的，不能在linux內(nèi)核源代碼中使用；printk是linux內(nèi)核源代碼中自己封裝出來的一個打印函數(shù)，是內(nèi)核源碼中的一個普通函數(shù)，只能在內(nèi)核源碼范圍內(nèi)使用，不能在應(yīng)用編程中使用。

(3)printk相比printf來說還多了個：打印級別的設(shè)置。printk的打印級別是用來控制printk打印的這條信息是否在終端上顯示的。應(yīng)用程序中的調(diào)試信息要么全部打開要么全部關(guān)閉，一般用條件編譯來實現(xiàn)（DEBUG宏），但是在內(nèi)核中，因為內(nèi)核非常龐大，打印信息非常多，有時候整體調(diào)試內(nèi)核時打印信息要么太多找不到想要的要么一個沒有沒法調(diào)試。所以才有了打印級別這個概念。

(4)操作系統(tǒng)的命令行中也有一個打印信息級別屬性，值為0-7。當(dāng)前操作系統(tǒng)中執(zhí)行printk的時候會去對比printk中的打印級別和我的命令行中設(shè)置的打印級別，小于我的命令行設(shè)置級別的信息會被放行打印出來，大于的就被攔截的。譬如我的ubuntu中的打印級別默認(rèn)是4，那么printk中設(shè)置的級別比4小的就能打印出來，比4大的就不能打印出來。

(5)ubuntu中這個printk的打印級別控制沒法實踐，ubuntu中不管你把級別怎么設(shè)置都不能直接打印出來，必須dmesg命令去查看

使用MakeFile編譯驅(qū)動模塊

在源碼同級別目錄新建一個MakeFile文件，內(nèi)容如下：

obj-m += kernel_test.o
all:make -C /home/marxist/8qm源碼/imx_4.14.98_2.0.0_ga M=$(PWD) modules
clean:make -C /home/marxist/8qm源碼/imx_4.14.98_2.0.0_ga M=$(PWD) clean

(1)KERN_DIR，變量的值就是我們用來編譯這個模塊的內(nèi)核源碼樹的目錄

(2)obj-m += kernel_test.o，這一行就表示我們要將kernel_test.c文件編譯成一個模塊

(3)make -C $(KERN_DIR) M=pwd modules 這個命令用來實際編譯模塊，工作原理就是：利用make -C進(jìn)入到我們指定的內(nèi)核源碼樹目錄下，然后在源碼目錄樹下借用內(nèi)核源碼中定義的模塊編譯規(guī)則去編譯這個模塊，編譯完成后把生成的文件還拷貝到當(dāng)前目錄下，完成編譯。

(4)make clean ，用來清除編譯痕跡

模塊的makefile非常簡單，本身并不能完成模塊的編譯，而是通過make -C進(jìn)入到內(nèi)核源碼樹下借用內(nèi)核源碼的體系來完成模塊的編譯鏈接的，這個Makefile本身是非常模式化的，3和4 部分是永遠(yuǎn)不用動的，只有1和2需要動。1是內(nèi)核源碼樹的目錄，必須根據(jù)自己的編譯環(huán)境來調(diào)整

保存文件之后，在MakeFile的同級目錄，直接執(zhí)行 make命令即可

成功之后，出現(xiàn)很多的文件，只有ko文件，才是最終能夠被加載進(jìn)內(nèi)核的模塊，其余的都是中間編譯連接生成的文件

使用insmod加載模塊

將編譯好的模塊傳輸?shù)侥繕?biāo)機(jī)器上 使用insmod加載，成功之后，使用dmesg命令可以查看打印的信息

使用rmmod命令可以卸載模塊，同時執(zhí)行exit函數(shù)

使用modinfo 查看模塊信息

至此，第一個Hello world 驅(qū)動就編寫成功了