說明
問題：自己在學習linux的實話，發(fā)現(xiàn)很多時候，都是看別人的博客，沒有閱讀過代碼，理解其中的機制，更沒有進行實踐過，或者通過代碼驗證過。
作用：希望通過這個文檔，建立一套模板，可以快速的實踐，學到的東西，從而加深理解。
一、驅(qū)動模板
1.1 簡單驅(qū)動
hello.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static int hello_init(void)
{
? ? printk(KERN_INFO "Hello - init\n");
? ? return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
? ? printk(KERN_INFO "Hello - exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("WEI_TEST");
MODULE_DESCRIPTION("Hello World Module");
Makefile
PWD := $(shell pwd)
ANDROID_DIR := /home/user/code/xxxx/LINUX/android
KERNEL_OUT := $(ANDROID_DIR)/out/target/product/xxx/obj/KERNEL_OBJ
MODULE_SIGN_FILE := $(KERNEL_OUT)/scripts/sign-file
MODSECKEY := $(KERNEL_OUT)/certs/signing_key.pem
MODPUBKEY := $(KERNEL_OUT)/certs/signing_key.x509
obj-m := hello.o
.PHONY : hello clean
hello:
? ? ? ? make -C $(KERNEL_OUT) ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(ANDROID_DIR)/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/aarch64-linux-android-4.9/bin/aarch64-linux-androidkernel- REAL_CC=$(ANDROID_DIR)/vendor/qcom/proprietary/llvm-arm-toolchain-ship/10.0/bin/clang CLANG_TRIPLE=aarch64-linux-gnu- M=$(PWD) modules
? ? ? ? cp hello.ko hello.ko.unsigned
? ? ? ? $(MODULE_SIGN_FILE) sha512 $(MODSECKEY) $(MODPUBKEY) hello.ko
clean:
? ? ? ? @rm -f *.o *.ko *.order *.symvers *.unsigned *.mod.c
安裝與卸載：
安裝：
insmod? hello.ko
[ 1367.237628] Hello - init
[ 1367.237695] Loaded hello: module init layout addresses range: 0xffffffac34959000-0xffffffac3495afff
[ 1367.237709] hello: core layout addresses range: 0xffffffac3494d000-0xffffffac34950fff
查看：
lsmod
Module? ? ? ? ? ? ? ? Size? Used by
hello? ? ? ? ? ? ? ? ? 16384? 0
卸載：
rmmod hello
[ 1451.056954] Hello - exit
[ 1451.059449] Unloaded hello: module core layout address range: 0xffffffac3494d000-0xffffffac34950fff
modprobe可以根據(jù)依賴關系自動加載依賴的模塊，在編譯模塊時在make … modules后加上modules_install可調(diào)用depmod生成模塊依賴文件modules.dep
modprobe –d 模塊目錄 hello
modprobe –d 模塊目錄 –r hello
ko文件格式：ELF格式，包含代碼段(.txt)，數(shù)據(jù)段(.data)，符號表(.symtab)，模塊信息(.modinfo)等內(nèi)容
動態(tài)加載模塊流程：
調(diào)用insmod命令后，讀取ko文件到內(nèi)存
調(diào)用init_module系統(tǒng)調(diào)用(syscall)，傳入模塊的內(nèi)存地址，模塊長度，和參數(shù)地址。傳入的地址都是用戶態(tài)地址。
init_module根據(jù)內(nèi)核版本的不同實現(xiàn)的細節(jié)也有差別，主要的流程如下：
檢查運行權限（ capabilities ）
從用戶空間讀取模塊到內(nèi)核空間
檢查是否是有效的ELF文件
獲取模塊的基本信息，如名稱，section索引等
檢查是否在模塊黑名單，檢查簽名
為各section分配內(nèi)存
將模塊加入到模塊列表
根據(jù)內(nèi)核符號表設置模塊使用的符號對應的邏輯地址，然后刷新指令緩存
從用戶空間拷貝參數(shù)到內(nèi)核
鏈接模塊到sysfs
執(zhí)行模塊入口函數(shù)
說明：
如果是編譯成ko，就按上面的步驟寫makefile，如果在源碼目錄下編譯，直接修改makefile就行。
添加模塊源代碼的object文件到Makefile的obj-m變量中 （obj-m += hello.o）
如果創(chuàng)建了Makefile，需要將目錄添加到上級目錄Makefile的obj-m變量中（obj-m += hello? hello為目錄名稱）
1.2 字符驅(qū)動
上面的驅(qū)動，看起來沒啥價值，只能說，可以看下驅(qū)動的安裝和卸載，還有什么事模塊。有個概念。
cdev_hello.c
#include <linux/module.h>? ? ?
#include <linux/init.h>? ? ? ?
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
//#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/slab.h>
struct led_desc{
? ? unsigned int dev_major;? ? ? ? //主設備號
? ? struct class* myclass;? ? ? ? ?
? ? struct device* mydev;? ? ? ? //創(chuàng)建設備文件的類和設備
? ? void *reg_virt_base;? ? ? ? ? //表示進行虛擬映射后寄存器地址的基準值
}*led_dev;? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //聲明全局的設備對象
#define GPJ0CON 0xE0200240? ? ? // GPJ0CON寄存器物理地址
#define GPJ0_SIZE? 8
static int kernel_val = 555;? ? //內(nèi)核空間定義的一個值，可以看成是一段4字節(jié)的空間，模擬和用戶空間進行數(shù)據(jù)交互
ssize_t led_dev_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
? ? int ret;
? ? printk("-----%s-----\n",__FUNCTION__);
? ? ret = copy_to_user(buf,&kernel_val, count);
? ? if(ret > 0)
? ? {
? ? ? ? printk("copy_to_user error.\n");
? ? ? ? return -EFAULT;
? ? }?
? ? return 0;
}
ssize_t led_dev_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos)
{
? ? int ret;
? ? int value;
? ? printk("-----%s-----\n",__FUNCTION__);
? ? ret = copy_from_user(&value,buf,count);
? ? if(ret > 0)
? ? {
? ? ? ? printk("copy_from_user error.\n");
? ? ? ? return -EFAULT;
? ? }
? ? if(value)? ? ? ? //根據(jù)用戶空間傳過來的value實現(xiàn)LED的亮滅
? ? {
? ? ? ? writel(readl(led_dev->reg_virt_base + 4) & ~(1<<3),led_dev->reg_virt_base + 4);? ? //led亮
? ? }
? ? else
? ? {
? ? ? ? writel(readl(led_dev->reg_virt_base + 4) | (1<<3),led_dev->reg_virt_base + 4);? ? //led滅
? ? }
? ? return 0;
}
int led_dev_open (struct inode *inode, struct file *filp)
{
? ? printk("-----%s-----\n",__FUNCTION__);
? ? return 0;
}
int led_dev_close (struct inode *inode, struct file *filp)
{
? ? printk("-----%s-----\n",__FUNCTION__);
? ? return 0;
}
const struct file_operations my_fops = {
? ? .open = led_dev_open,
? ? .read = led_dev_read,
? ? .write = led_dev_write,
? ? .release = led_dev_close,
};
static int __init led_dev_init(void)? //一般都是申請系統(tǒng)資源
{?
? ? int ret;
? ? u32 value;
? ? //0-實例化全局的設備對象----分配空間
? ? led_dev = kmalloc(sizeof(struct led_desc), GFP_KERNEL);
? ? if(led_dev == NULL)
? ? {
? ? ? ? printk(KERN_ERR "malloc error.\n");
? ? ? ? return -ENOMEM;
? ? }
? ? // 1-申請設備號
? ? led_dev->dev_major = register_chrdev(0, "led_dev_test", &my_fops);? //動態(tài)分配主設備號，且分配成功返回主設備號
? ? if(led_dev->dev_major < 0)
? ? {
? ? ? ? printk(KERN_ERR "register_chrdev error.\n");
? ? ? ? ret = -ENODEV;
? ? ? ? goto err_0;
? ? }
? ? // 2-創(chuàng)建設備結(jié)點
? ? led_dev->myclass = class_create(THIS_MODULE, "dev_class");
? ? if(IS_ERR(led_dev->myclass))? //IS_ERR判斷指針是否出錯
? ? {
? ? ? ? printk(KERN_ERR "class_create error.\n");
? ? ? ? ret = PTR_ERR(led_dev->myclass);? //PTR_ERR將指針的錯誤原因轉(zhuǎn)換成錯誤碼
? ? ? ? goto err_1;
? ? }
? ? led_dev->mydev = device_create(led_dev->myclass, NULL, MKDEV(led_dev->dev_major,0), NULL, "led%d",0);
? ? if(IS_ERR(led_dev->mydev))?
? ? {
? ? ? ? printk(KERN_ERR "device_create error.\n");
? ? ? ? ret = PTR_ERR(led_dev->mydev);
? ? ? ? goto err_2;
? ? }
? ? // 3-硬件初始化
? ? //對地址進行映射
? ? led_dev->reg_virt_base = ioremap(GPJ0CON, GPJ0_SIZE);
? ? if(led_dev->reg_virt_base == NULL)?
? ? {
? ? ? ? printk(KERN_ERR "ioremap error.\n");
? ? ? ? ret = -ENOMEM;
? ? ? ? goto err_3;
? ? }
? ? //gpio的輸出功能的配置
? ? value = readl(led_dev->reg_virt_base);
? ? value &= ~(0xf<<12);? //先清零
? ? value |= (0x1<<12);? ?
? ? writel(value,led_dev->reg_virt_base);? //設置GPJ0的[15:12]為輸出模式
? ? return 0;
? //錯誤處理
? ? err_3:
? ? ? ? device_destroy(led_dev->myclass, MKDEV(led_dev->dev_major,0));
? ? err_2:
? ? ? ? class_destroy(led_dev->myclass);
? ? err_1:
? ? ? ? unregister_chrdev(led_dev->dev_major,"led_dev_test");
? ? err_0:
? ? ? ? kfree(led_dev);
? ? return 0;
}
static void __exit led_dev_exit(void)
{
? ? //一般都是釋放資源
? ? iounmap(led_dev->reg_virt_base);
? ? device_destroy(led_dev->myclass, MKDEV(led_dev->dev_major,0));
? ? class_destroy(led_dev->myclass);
? ? unregister_chrdev(led_dev->dev_major,"led_dev_test");
? ? kfree(led_dev);
? ? printk("--------%s-------\n",__FUNCTION__);
}
module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");? ? ? ? ? ? ? // 描述模塊的許可證
Makefile
obj-m:=cdev_hello.o
KERNELDIR:=/lib/modules/`uname -r`/build
PWD :=$(shell pwd)
modules:
$(MAKE)? -C? $(KERNELDIR)? M=$(PWD)? modules
clean:
rm -rf *o *.mod.c *.order *.symvers *.ur-safe
測試結(jié)果：
電腦端：編譯ok，安裝也ok
嵌入式端：編譯ok，安裝出現(xiàn)下面的錯誤。
（這個錯誤原因是，在iomap的時候出錯，因為每個板子的的io地址不一樣，所以可能導致地址沖突，需要看手冊確認io地址，這樣才能操作硬件。）
[? 204.175630] ------------[ cut here ]------------
[? 204.175647] WARNING: CPU: 6 PID: 8273 at arch/arm64/mm/ioremap.c:58 __ioremap_caller+0xc4/0xcc
[? 204.175651] Modules linked in: hello(O+) wlan(O) cpe_lsm_dlkm(O) wcd937x_slave_dlkm(O) machine_dlkm(O) wcd937x_dlkm(O) wcd934x_dlkm(O) wcd9335_dlkm(O) mbhc_dlkm(O) wcd9xxx_dlkm(O) wcd_cpe_dlkm(O) tx_macro_dlkm(O) rx_macro_dlkm(O) va_macro_dlkm(O) wsa_macro_dlkm(O) swr_ctrl_dlkm(O) bolero_cdc_dlkm(O) wsa881x_dlkm(O) wcd_core_dlkm(O) stub_dlkm(O) wcd_spi_dlkm(O) hdmi_dlkm(O) swr_dlkm(O) pinctrl_wcd_dlkm(O) usf_dlkm(O) native_dlkm(O) platform_dlkm(O) q6_dlkm(O) adsp_loader_dlkm(O) apr_dlkm(O) snd_event_dlkm(O) q6_notifier_dlkm(O) q6_pdr_dlkm(O) wglink_dlkm(O) msm_11ad_proxy
[? 204.175722] CPU: 6 PID: 8273 Comm: insmod Tainted: G S? ? ? ? O? ? 4.14.190+ #1
[? 204.175725] Hardware name: Qualcomm Technologies, Inc. trinket pm6125 + pmi632 Lenovo PVT1 (DT)
[? 204.175730] task: 00000000c84407f8 task.stack: 0000000020fdc8d7
[? 204.175735] pc : __ioremap_caller+0xc4/0xcc
[? 204.175739] lr : __ioremap_caller+0x60/0xcc
[? 204.175742] sp : ffffff80240ebad0 pstate : 00400145
[? 204.175745] x29: ffffff80240ebad0 x28: ffffff80240ebe18
[? 204.175754] x27: 00000000014080c0 x26: 0000000000000002
[? 204.175763] x25: 0000000000000002 x24: 0000000000000240
[? 204.175771] x23: 00000000e0200240 x22: 0000000000001000
[? 204.175779] x21: ffffff9f151c41ac x20: 00000000e0200000
[? 204.175787] x19: 0068000000000f07 x18: 0000000000000006
[? 204.175796] x17: 0000000000aab4cc x16: ffffff8022eaa648
[? 204.175804] x15: d29ced2031b099b6 x14: 88584c0fe2ffffff
[? 204.175812] x13: 0000000080000000 x12: 00000000ffc00000
[? 204.175820] x11: 0000000000000018 x10: 00000000ffffffff
[? 204.175828] x9 : 0000000000000001 x8 : 0000000000000000
[? 204.175836] x7 : bbbbbbbbbbbbbbbb x6 : 0000000000000040
[? 204.175844] x5 : 0000000000000000 x4 : 0000000000000001
[? 204.175853] x3 : ffffff9f151c41ac x2 : 0068000000000f07
[? 204.175861] x1 : 00000000e0200000 x0 : 0000000000000000
[? 204.175869] \x0aPC: 0xffffff8022eaa714:
[? 204.175872] a714? aa1303e3 8b1502c1 aa1503e0 944736ff 34000120 aa1503e0 9406a915 aa1f03e0
[? 204.175900] a734? a9434ff4 a94257f6 a9415ff8 a8c47bfd d65f03c0 8b150300 17fffffa aa1f03e0
[? 204.175928] a754? d4210000 17fffff7 a9be7bfd f9000bf3 910003fd aa0003f3 d503201f 9274ce73
[? 204.175955] a774? aa1303e0 9406a145 34000060 aa1303e0 9406a8ff f9400bf3 a8c27bfd d65f03c0
[? 204.175982] \x0aLR: 0xffffff8022eaa6b0:
[? 204.175985] a6b0? aa0003f7 d503201f 92402ef8 8b180288 9274cef4 913ffd08 9274cd16 8b160288
[? 204.176012] a6d0? d1000508 d370fd09 f100013f fa400ac4 fa541100 54000263 d34cfee0 97fffddd
[? 204.176039] a6f0? 35000300 aa1603e0 52800021 aa1503e2 9406a84b b4000180 f9400415 aa1403e2
[? 204.176066] a710? f9001814 aa1303e3 8b1502c1 aa1503e0 944736ff 34000120 aa1503e0 9406a915
[? 204.176094] \x0aSP: 0xffffff80240eba90:
[? 204.176096] ba90? 22eaa754 ffffff80 00400145 00000000 e0200000 00000000 000e0200 00000000
[? 204.176124] bab0? ffffffff 0000007f 22eaa6f0 ffffff80 240ebad0 ffffff80 22eaa754 ffffff80
[? 204.176151] bad0? 240ebb10 ffffff80 22eaa680 ffffff80 00000002 00000000 00000000 00000000
[? 204.176178] baf0? e0200240 00000000 00000008 00000000 00000f07 00680000 151c41ac ffffff9f
[? 204.176205]
[? 204.176209] Call trace:
[? 204.176214] __ioremap_caller+0xc4/0xcc
[? 204.176218] __ioremap+0x38/0x48
[? 204.176226] init_module+0x1ac/0x1000 [hello]
[? 204.176232] do_one_initcall+0xe0/0x1b8
[? 204.176237] do_init_module+0x60/0x1f8
[? 204.176241] load_module+0x2424/0x27e4
[? 204.176245] SyS_finit_module+0xc0/0x114
[? 204.176248] el0_svc_naked+0x34/0x38
[? 204.176252] ---[ end trace 16b224f349a8d83e ]---
[? 204.176256] ioremap error.
[? 204.177299] Loaded hello: module init layout addresses range: 0xffffff9f151c4000-0xffffff9f151c5fff
[? 204.177305] hello: core layout addresses range: 0xffffff9f151bf000-0xffffff9f151c2fff
二、應用模板
2.1 源代碼
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void print_info()
{
? ? ? ? printf("this file is %s,line is %d\n",__FILE__,__LINE__);
? ? ? ? printf("this file build time is:%s %s\n",__DATE__,__TIME__);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
? ? ? ? int fd;
? ? ? ? int value;
? ? ? ? printf("this is a test\n");
? ? ? ? print_info();
? ? ? ? fd = open("/dev/led0",O_RDWR);
? ? ? ? //根據(jù) device_create的最后一個參數(shù)確定設備結(jié)點的名字
? ? ? ? if(fd < 0)
? ? ? ? ? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? perror("open");
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exit(-1);
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? read(fd,&value,4);
? ? ? ? printf("---USER----:%d\n",value);
? ? ? ? //應用程序去控制LED的亮滅
? ? ? ? while(1)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? ? ? value = 0;
? ? ? ? ? ? ? ? write(fd,&value,4);
? ? ? ? ? ? ? ? sleep(1);
? ? ? ? ? ? ? ? value = 1;
? ? ? ? ? ? ? ? write(fd,&value,4);
? ? ? ? ? ? ? ? sleep(1);
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? close(fd);
? ? ? ? return 0;
}
這里面我用了編譯器相關的宏__FILE__? __LINE__? __DATE__? __TIME__，可以用于調(diào)試，非常方便。
2.2 交叉編譯器的安裝
這部分，主要看正點原子的教程，我只簡單的寫一下步驟。
Linaro Releases下載：gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar
sudo mkdir /usr/local/arm
sudo cp gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz /usr/local/arm/ -f
sudo tar -vxf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz
sudo vi /etc/profile
export PATH=$PATH:/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin
sudo apt-get install lsb-core lib32stdc++6? （在使用交叉編譯器之前還需要安裝一下其它的庫）
arm-linux-gnueabihf-gcc -v? 有顯示gcc的版本號，就代表交叉編譯環(huán)境安裝搭建成功。
2.3 測試結(jié)果
makefile
ARCH ?= x86
ifeq ($(ARCH),x86) #注意看?。?！ifeq后邊有空格，沒有不對
? ? cc=gcc
else
? ? cc=arm-linux-gnueabihf-gcc
endif
TARGET=test
OBJS=test.o
$(TARGET):$(OBJS)
? ? ? ? $(cc) $^ -o $@ --static
%.o:%.c
? ? ? ? $(cc) -c $< -o $@
.PHONY:clean
clean:
? ? ? ? rm $(TARGET) $(OBJS)
注意：這里，我在生成可執(zhí)行文件的時候，加了參數(shù)--static，目前還不知道為什么，因為只有這樣，編譯出的可執(zhí)行文件在嵌入式端能使用
2.3.1 電腦端
編譯：gcc? xxx.c
測試：ok
2.3.2 嵌入式端
編譯：arm-linux-gnueabihf-gcc -o helloworld3 test3.c -static? ? （暫且還不知道，這個staic 是什么意思，如果不加它，編譯出來的程序無法運行）
測試：ok
待補充：
嵌入式端makefile的編寫
嵌入式端如何編譯庫的呢？如何使用庫的呢？
三、hal庫的引入
3.1 引入概述
上面的應用程序，就可以操作操作到硬件了，似乎可以萬事大吉了。那么如果出現(xiàn)以下情況呢？
如果驅(qū)動程序的節(jié)點有變化，那用戶的程序是不是要跟著變化？
由于linux是開源的，對于數(shù)據(jù)的一些處理可能需要用到算法，如果寫在驅(qū)動里也必須開源，但我這些算法不想讓別人知道，那怎么辦？
遇到這些情況，該怎么辦？我們可以將上面的部分抽取出來，編譯成庫，用戶只需要我提供給他的接口就行，所以就有了HAL 庫的出現(xiàn)。
3.2 hal 庫的幾個點
用頭文件暴露接口給用戶。
內(nèi)部使用的函數(shù)，需要加限制。
3.3 簡單的例子
四、什么是分層
五、再講驅(qū)動
5.1 字符設備驅(qū)動開發(fā)框架
要素：
必須有一個設備號，用于在眾多設備驅(qū)動中進行區(qū)分。
用戶必須知道設備驅(qū)動對應的設備節(jié)點。（設備文件）
對設備操作，就是對文件操作，用戶空間的open、read等函數(shù)是和驅(qū)動中的open、read對應的。
5.2 IO 有哪些接口
驅(qū)動填充這些接口，用戶程序操作這些接口，從而就操作了硬件。
5.3 用戶程序和硬件的交互
5.3.1 用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交互
copy_to_user(void __user * to, const void * from, unsigned long n)
copy_from_user(void * to, const void __user * from, unsigned long n)
5.3.2 用戶程序操作硬件
內(nèi)核驅(qū)動中是通過虛擬地址轉(zhuǎn)換操作寄存器：
void* ioremap(cookie, size);? ? //映射函數(shù)
void iounmap(void __iomen*addr);? //去映射函數(shù)
映射函數(shù)參數(shù)：
參數(shù)1：物理地址
參數(shù)2：長度
返回值：虛擬地址
去映射函數(shù)參數(shù)：映射成功的虛擬地址
頭文件包含：#include
參考鏈接
Linux驅(qū)動開發(fā)之字符設備驅(qū)動_big__C的博客-CSDN博客_linux字符設備驅(qū)動
