Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)踐：帶你一步一步編譯內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序
[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。目錄關(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)。
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。
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。
- 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？
- 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);
- 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。
- 編譯進(jìn)內(nèi)核;
- 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：
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。
對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)來說，最重要的就是3個(gè)文件：
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。
- 源代碼
- Kconfig
- Makefile
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：
$ touch hello.c
源文件hello.c的內(nèi)容是：
#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：
- 在內(nèi)核中，打印函數(shù)是 printk，而不是 printf;
- 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。
$ touch Kconfig
添加如下內(nèi)容：
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。
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：
$ 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。
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。
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。
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：
$ touch Makefile
其中的內(nèi)容只有一行：
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。
- 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。
- 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。
編譯
萬事俱備，只欠編譯！依次執(zhí)行如下指令：
$ 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
編譯成功之后，就可以得到文件： linux-4.15/drivers/hello/hello.ko。
- 在執(zhí)行 make ARCH=x86_64 menuconfig 指令的時(shí)候，把 hello 配置成 M;
- 然后在 linux-4.15 中執(zhí)行編譯模塊指令：make -j4 modules。
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。
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)：
$ 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)：
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.gzhello文件夾壓縮包
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