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[導(dǎo)讀]作?者:道哥,10年嵌入式開發(fā)老兵,專注于:C/C、嵌入式、Linux。關(guān)注下方公眾號(hào),回復(fù)【書籍】,獲取Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍;回復(fù)【PDF】,獲取所有原創(chuàng)文章(PDF格式)。目錄學(xué)習(xí)的困惑實(shí)踐環(huán)境編譯進(jìn)內(nèi)核編譯為驅(qū)動(dòng)模塊資料下載別人的經(jīng)驗(yàn),我們的階梯!大家好,我是道哥...

作  者:道哥,10 年嵌入式開發(fā)老兵,專注于:C/C 、嵌入式、Linux。


關(guān)注下方公眾號(hào),回復(fù)【書籍】,獲取 Linux、嵌入式領(lǐng)域經(jīng)典書籍;回復(fù)【PDF】,獲取所有原創(chuàng)文章( PDF 格式)。


目錄


  • 學(xué)習(xí)的困惑


  • 實(shí)踐環(huán)境


  • 編譯進(jìn)內(nèi)核


  • 編譯為驅(qū)動(dòng)模塊


  • 資料下載


別人的經(jīng)驗(yàn),我們的階梯!


大家好,我是道哥。今天給大家分享一些筆記本里的一些存貨: Linux 系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)和中斷相關(guān)。


大概會(huì)用 6~7 篇的文章,由淺入深的為大家介紹Linux中驅(qū)動(dòng)程序的編寫方法。


文章的順序,也是我之前自己學(xué)習(xí)時(shí)的順序。


以前的學(xué)習(xí)記錄比較零散,現(xiàn)在只是把它們按照一定的順序重新梳理一下。


這幾篇文章,理論知識(shí)會(huì)少一些,更注重實(shí)際的操作


我會(huì)把操作用引導(dǎo)的代碼,全部上傳到網(wǎng)盤上,在文末有下載說明


只要根據(jù)文中介紹的步驟進(jìn)行操作,就一定可以操作成功。


學(xué)習(xí)的困惑

記得以前我在開始學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)開發(fā)的時(shí)候,找來很多文章、資料來學(xué)習(xí),但是總是覺得缺少了點(diǎn)全局視角。


就好像:我想看清一座山的全貌,但總是被困在一個(gè)、又一個(gè)山谷中一樣。


主要的困惑有 3 點(diǎn):


  1. 每一篇文章的介紹都是正確的,但是如果把很多文章放在一起看,就會(huì)發(fā)現(xiàn)怎么說的都不一樣啊?


  2. 有些文章注重函數(shù)的介紹,但是缺乏一個(gè)全局的視角,從整體上來觀察驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu);


  3. 對(duì)于一個(gè)新手來說,能夠邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐,這是最好的學(xué)習(xí)方式,但是很多文章不會(huì)注意這方面。雖然文章內(nèi)容很漂亮,但是不知道怎么去實(shí)踐、驗(yàn)證。


因此,這幾篇文章我們就從最簡單的驅(qū)動(dòng)模塊編譯開始,然后介紹字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。


在這部分,會(huì)以 GPIO 為例子,重點(diǎn)描述其中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。


最后再介紹在中斷處理程序中,如何利用信號(hào)量、小任務(wù)、工作隊(duì)列,把內(nèi)核事件傳遞到應(yīng)用層來處理。


作為第一個(gè)開篇文章,從最簡單的內(nèi)核編譯開始。


實(shí)際操作一下:如何把一個(gè)最簡單的驅(qū)動(dòng)程序(hello),按照 2 種方式進(jìn)行編譯:


  1. 編譯進(jìn)內(nèi)核;


  2. 編譯為一個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊;


實(shí)踐環(huán)境

為了便于測試,以下操作都是在 Ubuntu16.04 操作系統(tǒng)里完成的。


編譯Linux驅(qū)動(dòng)程序,肯定需要內(nèi)核源碼,這里選擇的是 linux-4.15 版本,可以在官網(wǎng)下載。


文末有下載方式。


下載之后,把linux-4.15.tar.gz解壓到Ubuntu中任意目錄即可,例如:解壓到~/tmp/目錄下:


$ tar -zxvf linux-4.15.tar.gz -C ~/tmp/

編譯進(jìn)內(nèi)核

創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)程序目錄

linux中的驅(qū)動(dòng),一般都放在 linux-4.15/drivers/ 目錄下,因此在這個(gè)目錄中創(chuàng)建一個(gè)hello文件夾。


$ mkdir linux-4.15/drivers/hello
對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)來說,最重要的就是3個(gè)文件:


  1. 源代碼


  2. Kconfig


  3. Makefile


只要按照固定的格式來編寫這3個(gè)文件,linux內(nèi)核的編譯腳本就可以確保把我們的驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)去。


創(chuàng)建源文件

首先是源碼,在hello文件夾中創(chuàng)建源文件hello.c:


$ cd linux-4.15/drivers/hello
$ touch hello.c
源文件hello.c的內(nèi)容是:


#include

  • #include


  • // 當(dāng)驅(qū)動(dòng)被加載的時(shí)候,執(zhí)行此函數(shù)
    static int __init hello_init(void)
    {
    printk(KERN_ALERT "welcome, hello"\n");
    return 0;
    }

    // 當(dāng)驅(qū)動(dòng)被卸載的時(shí)候,執(zhí)行此函數(shù)
    static void __exit hello_exit(void)
    {
    printk(KERN_ALERT "bye, hello\n");
    }

    // 版權(quán)聲明
    MODULE_LICENSE("GPL");

    // 以下兩個(gè)函數(shù)屬于 Linux 的驅(qū)動(dòng)框架,只要把驅(qū)動(dòng)兩個(gè)函數(shù)地址注冊(cè)進(jìn)去即可。
    module_init(hello_init);
    module_exit(hello_exit);
    有兩個(gè)小地方注意一下:


    1. 在內(nèi)核中,打印函數(shù)是 printk,而不是 printf;


    2. 打印信息的級(jí)別有好幾個(gè),從 DEBUG 到 EMERG,這里使用的是 KERN_ALERT,方便查看打印信息。


    創(chuàng)建 Kconfig 文件

    這個(gè)文件是用來對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置的,當(dāng)執(zhí)行 make menuconfig 指令的時(shí)候,這個(gè)文件就被解析。


    先創(chuàng)建文件:


    $ cd linux-4.15/drivers/hello
    $ touch Kconfig
    添加如下內(nèi)容:


    config HELLO
    tristate "hello driver"
    help
    just a simplest driver.
    default y
    第一行內(nèi)容 config HELLO ,在執(zhí)行配置的時(shí)候,將會(huì)生成一個(gè)變量 CONFIG_HELLO ,而這個(gè)變量,將會(huì)在編譯的時(shí)候,被 Makefile 引用。


    最后一行的 default y ,就表示把 CONFIG_HELLO 的值設(shè)置成 y,從而讓這個(gè)驅(qū)動(dòng)被編譯到內(nèi)核中。


    現(xiàn)在,hello驅(qū)動(dòng)中的KConfig配置文件已經(jīng)準(zhǔn)備好了,但是還需要這個(gè)配置文件登記到Linux內(nèi)核的整體配置文件中。


    也就是把它登記在 linux-4.15/drivers/Kconfig 文件的末尾:


    source "drivers/hello/Kconfig"

    endmenu // 加在這一句的上面
    現(xiàn)在,可以來執(zhí)行下面指令,看一下具體的配置界面:


    $ cd linux-4.15/
    $ make distclean
    $ make ARCH=x86_64 defconfig
    $ make ARCH=x86_64 menuconfig
    第2條指令,是用來把默認(rèn)的配置保存到當(dāng)前目錄下的 .config 配置文件,也就是把一個(gè)默認(rèn)的配置文件復(fù)制過來,作為我們自己的配置文件。


    以后再修改配置參數(shù)時(shí),修改的內(nèi)容就會(huì)存儲(chǔ)在 .config 文件中,


    第3條指令,是用來配置內(nèi)核的,可以進(jìn)入Device Drivers菜單,然后在最底層看到我們的hello driver被標(biāo)記成星號(hào), 這表示被編譯進(jìn)內(nèi)核。


    按向下方向鍵,把高亮定位到 Device Drivers ---> ,然后敲回車鍵,進(jìn)入到 Device Drivers 的配置界面。


    按向下方向鍵,一直到最后一個(gè)條目,就可以看到我們的 hello 驅(qū)動(dòng)了,如下:


    可以看到 hello driver 前面顯示的是型號(hào) *,這表示:該驅(qū)動(dòng)將會(huì)編譯進(jìn)內(nèi)核。


    我們可以按下空格鍵試一下,會(huì)在三種標(biāo)記中切換:型號(hào),M,空值。M 標(biāo)記意思是編譯成驅(qū)動(dòng)模塊。


    我們這里選擇星號(hào)(編譯進(jìn)內(nèi)核),然后按下右方向鍵,最下方的幾個(gè)按鍵的焦點(diǎn)移動(dòng)到按鈕上:


    按下回車鍵,就會(huì)彈出保存對(duì)話框,選擇默認(rèn)保存文件 .config 即可,然后在按鈕高亮的時(shí)候,按下回車鍵即可保存。


    此時(shí),在彈出的確認(rèn)窗口中,選擇 ,按下回車鍵即可:


    此時(shí),返回到 Device Drivers 的配置界面,在最下面的按鈕中,選擇讓 高亮,然后一路退出即可。


    創(chuàng)建 Makefile 文件

    Makefile文件是make工具的腳本,首先創(chuàng)建它:


    $ cd linux-4.15/drivers/hello
    $ touch Makefile
    其中的內(nèi)容只有一行:


    obj-$(CONFIG_HELLO) = hello.o
    1. CONFIG_HELLO 可以看做一個(gè)變量,在編譯的時(shí)候,這個(gè)變量的值可能是:y, n 或者 m。


    2. 在剛才的 Kconfig 參數(shù)配置中,CONFIG_HELLO 被設(shè)置為 y,于是這句話就被翻譯成:obj-y = hello,表示把 hello 驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。


    現(xiàn)在,hello驅(qū)動(dòng)程序的Makefile已經(jīng)創(chuàng)建好了,我們還要讓linux內(nèi)核的編譯框架知道這個(gè)文件才行。


    在文件 linux-4.15/drivers/Makefile 中的末尾,添加如下內(nèi)容:


    obj-$(CONFIG_HELLO) = hello/

    編譯

    萬事俱備,只欠編譯!依次執(zhí)行如下指令:


    $ cd linux-4.15/
    $ make -j4
    make指令執(zhí)行結(jié)束之后,編譯得到的內(nèi)核中(vmlinux)就包含了我們的hello驅(qū)動(dòng)。


    編譯為驅(qū)動(dòng)模塊

    編譯為驅(qū)動(dòng)模塊,也有兩種 操作方式:


    編譯所有的驅(qū)動(dòng)模塊

    1. 在執(zhí)行 make ARCH=x86_64 menuconfig 指令的時(shí)候,把 hello 配置成 M;


    2. 然后在 linux-4.15 中執(zhí)行編譯模塊指令:make -j4 modules。


    編譯成功之后,就可以得到文件: linux-4.15/drivers/hello/hello.ko。


    這樣的編譯指令,是把所有的模塊都編譯了一次(在輸出信息中,可以看到編譯了很多模塊)。


    只編譯 hello 這一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊

    另外一種編譯驅(qū)動(dòng)模塊的方式是:進(jìn)入hello目錄,只編譯這一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。


    這種編譯方法,就需要修改hello目錄下的Makefile文件了,內(nèi)容如下:


    可以把 hello 目錄下的所有文件刪除,只保留源文件 hello.c,然后新建 Makefile 文件。


    ifneq ($(KERNELRELEASE),)
    obj-m := hello.o
    else
    KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
    PWD := $(shell pwd)
    default:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
    clean:
    $(MAKE) -C $(KERNEL_PATH) M=$(PWD) clean
    endif
    然后,在hello文件夾中執(zhí)行make指令,即可得到驅(qū)動(dòng)模塊 hello.ko


    驗(yàn)證一下

    加載驅(qū)動(dòng):


    $ cd linux-4.15/drivers/hello
    $ sudo insmod ./hello.ko
    此時(shí)終端窗口是沒有任何輸出的,需要輸入指令 dmesg | tail ,可以看到 hello_init 函數(shù)的輸出內(nèi)容:


    卸載驅(qū)動(dòng):


    $ sudo rmmod hello
    再次輸入 dmesg | tail ,可以看到 hello_exit 函數(shù)的輸出內(nèi)容:


    資料下載

    在公眾號(hào)【IOT物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn)】的后臺(tái)回復(fù)關(guān)鍵字:1112,獲取下列文件的網(wǎng)盤地址:


    linux-4.15.tar.gz


    hello文件夾壓縮包



    ------ End ------
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