加个自己的网站,小程序公司开发排名,品牌建设书籍,网站建设公司生存现状编写最简单的字符设备驱动1 编写驱动代码2 编写makefile3 编译和加载驱动4 编写应用程序测试驱动参考文章#xff1a; linux驱动开发第1讲#xff1a;带你编写一个最简单的字符设备驱动
linux驱动开发第2讲#xff1a;应用层的write如何调用到驱动中的write
1 编写驱动代码…
编写最简单的字符设备驱动1 编写驱动代码2 编写makefile3 编译和加载驱动4 编写应用程序测试驱动参考文章 linux驱动开发第1讲带你编写一个最简单的字符设备驱动
linux驱动开发第2讲应用层的write如何调用到驱动中的write
1 编写驱动代码
驱动代码chardev.c如下
#include linux/module.h
#include linux/moduleparam.h
#include linux/cdev.h
#include linux/fs.h
#include linux/wait.h
#include linux/poll.h
#include linux/sched.h
#include linux/slab.h#define BUFFER_MAX (10)
#define OK (0)
#define ERROR (-1)struct cdev *gDev;
struct file_operations *gFile;
dev_t devNum;
unsigned int subDevNum 1;
int reg_major 232;
int reg_minor 0;
char *buffer;
int flag 0;
int hello_open(struct inode *p, struct file *f)
{printk(KERN_EMERGhello_open\r\n);return 0;
}ssize_t hello_write(struct file *f, const char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{printk(KERN_EMERGhello_write\r\n);return 0;
}
ssize_t hello_read(struct file *f, char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{printk(KERN_EMERGhello_read\r\n); return 0;
}
int hello_init(void)
{devNum MKDEV(reg_major, reg_minor); /* 获取设备号 */if(OK register_chrdev_region(devNum, subDevNum, helloworld)){printk(KERN_EMERGregister_chrdev_region ok \n); }else {printk(KERN_EMERGregister_chrdev_region error n);return ERROR;}printk(KERN_EMERG hello driver init \n);gDev kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);gFile kzalloc(sizeof(struct file_operations), GFP_KERNEL);gFile-open hello_open;gFile-read hello_read;gFile-write hello_write;gFile-owner THIS_MODULE;cdev_init(gDev, gFile);cdev_add(gDev, devNum, 3);return 0;
}void __exit hello_exit(void)
{cdev_del(gDev);unregister_chrdev_region(devNum, subDevNum);return;
}
module_init(hello_init); /* 驱动入口 */
module_exit(hello_exit); /* 驱动出口 */
MODULE_LICENSE(GPL);hello_init是驱动的入口点它通过moduel_init注册到系统中在驱动被装载时调用module_init()注册的函数原型必须是
int my_init(void);所以hello_init的返回值是int类型没有参数。
hello_exit是驱动的出口函数有module_exit()注册到系统中在驱动被卸载时调用module_exit()注册的函数原型必须是
void my_exit(void);所以hello_exit()没有返回也没有参数。
内核提供打印函数printk()和C库提供的printf()函数功能几乎相同。
printk(日志级别 消息文本)日志级别有8 定义在linyx/kernel中如图
2 编写makefile
Makefile内容
obj-m : chardev.oKERNELDIR : /lib/modules/$(shell uname -r)/buildall default:modules
install:modules_installmodules modules_install help clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(shell pwd) $obj-m : chardev.oobj-m列出要构建的模块对于每一个filename.o进行系统构建时会查找filename.c 。obj-m用于构建模块把模块放在内核源码树外维护obj-y用于构建内核对象把模块加入到内核源码树中。KERNELDIR : /lib/modules/$(shell uname -r)/buildKERNELDIR 是欲构建的内核源码位置。如果已经从源代码构建了内核则应该把这个变量设置为内核构建源代码目录的绝对路径。-C 要求make在读取makefile或执行其他任何操作之前先更改到指定的目录。M$(shell pwd)内核makefile使用这个变量来定位要构建的外部模块的目录。.c文件应该放在该目录下。all default:modules此行指示make执行modules目标在构建用户应用程序时无论是all还是default都是传统目标换句话说make default、make all或者简单的make命令都被翻译为make modules来执行。$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(shell pwd) $为上面列举的每个目标所执行的规则$被替换为引起规则运行的目标名称。换句话说如果调用make modules则 $被替换成modules规则将被替换为$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(shell pwd) modules
linux应用层程序在编译的时候需要链接c库和glibc库那驱动需不需要呢
驱动也需要但是驱动不能链接和使用应用层层的任何lib库驱动需要引用内核的头文件和函数。所以编译的时候需要指定内核源码的位置KERNERLDIR就是指定内核源码的位置。
3 编译和加载驱动
在构建外部模块makefile文件里面使用 obj-m之前需要有一个完整的、预编译的内核源代码树内核源码树版本必须与将加载和使用模块的内核相同。有两种方法可以获得预构建的内核版本。
自己下载源代码然后构建内核从发行版库安装linux-headers- *包
sudo apt-get update
sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)这将只安装头文件而不是整个源代码树然后头文件将被安装在/usr/src/linux-headers-$(uname -r)下。有一个符号链接/lib/modules/$(uname -r)/build指向前面安装的头文件是在makefile中指定位内核目录的路径。这就是需要为预构建的内核所做的一切。
在驱动目录下指向make进行编译
编译出来的驱动文件为chardev.ko。 在加载驱动之前我们可以将日志清理一下方便我们查看驱动产生的消息使用命令
dmesg -c接下来我们把这个驱动加载到内核使用命令
sudo insmod chardev.ko加载的时候就会执行hello_init函数接着使用命令查看printk输出的消息 使用lsmod命令查看系统加载的驱动可以发现chardev已经加载了 卸载驱动使用命令
sudo rmmod chardev.ko卸载的时候会执行hello_exit()函数
4 编写应用程序测试驱动
本节来看驱动的测试。
我们需要编写一个应用层的程序来对驱动进行测试(test.c)
#include fcntl.h
#include stdio.h
#include string.h
#include sys/select.h#define DATA_NUM (64)
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, i;int r_len, w_len;fd_set fdset;char buf[DATA_NUM]hello world;memset(buf,0,DATA_NUM);fd open(/dev/hello, O_RDWR);printf(%d\r\n,fd);if(-1 fd) {perror(open file error\r\n);return -1;} else {printf(open successe\r\n);}w_len write(fd,buf, DATA_NUM);r_len read(fd, buf, DATA_NUM);printf(%d %d\r\n, w_len, r_len);printf(%s\r\n,buf);return 0;
}编译并执行发现错误找不到设备文件 这是因为还没有创建驱动的设备文件我们为驱动手动创建设备文件 sudo mknod /dev/hello c 232 0注意这里的232和0要跟驱动文件chardev.c里定义的主次设备号对应起来。
我们再次执行sudo ./test 发现成功了我们执行dmesg查看驱动输出发现驱动里的hell_open, hello_write, hello_read被依次调用了。 这就是一个完整的、最简单的驱动的开发和测试的流程。
对于应用程序中的write函数如何调用到驱动力的write函数先上一张图简单说明下调用流程。
用户空间的程序无法直接执行内核代码它们不能直接调用内核空间中的函数所以应用程序会以某种方式通知系统告诉内核自己需要执行一个系统调用系统系统切换到内核态通知内核的机制是靠软中断实现的通过一个异常来促使系统切换到内核态去执行异常处理程序此时异常处理程序就是系统调用程序叫system_call()system_call()根据系统调用号去执行相关的系统调用。
整个流程上图表现的已经非常明显但是问题也是有的操作系统中的系统调用最终是如何知道应该调用哪个驱动里的write函数呢
如果我们没有记错在驱动文件里有定义主次设备号
int reg_major 232;
int reg_minor 0;
int hello_init(void)
{ devNum MKDEV(reg_major, reg_minor);gDev kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);gFile kzalloc(sizeof(struct file_operations), GFP_KERNEL);...cdev_init(gDev, gFile);cdev_add(gDev, devNum, 3);
}在hello_init里我们把主设备号232和此设备号0组合成了devNum。 cdev_t的结构体如下
struct cdev
{ struct kobject kobj; struct module *owner; //所属模块 const struct file_operations *ops; //文件操作结构 struct list_head list; dev_t dev; //设备号int 类型高12位为主设备号低20位为次设备号 unsigned int count;
}; cdev_init(gDev, gFile); 建立了gDev和gFile的逻辑关系初始化gDev结构体中的ops。 cdev_add(gDev, devNum, 3); 建立了gDev和devNum的逻辑关系 cdev_add 用于向Linux内核系统中添加一个新的cdev结构体变量所描述的字符设备并且使这个设备立即可用。gDev是被添加入Linux内核系统的字符设备devNum代表设备的设备号其中包括主设备号和次设备号3代表想注册设备的设备号的范围用于给struct cdev中的字段count赋值。
其实你翻开代码看细节会发现以上两句代码其实建立了gFile和devNum的对应关系也就是file_operations和devNum的对应关系也就是建立了file_operation和主次设备号232,0的对应关系。
注意在linux里在应用层用文件句柄也就是fd表示一个打开的文件但是在内核里用struct file 表示一个打开的文件用struct file_operations表示对该文件的操作。fd和struct file是一一对应的,而struct file和struct file_operations也是一一对应的。这是struct file_operations的结构体定义
struct file_operations {struct module *owner;loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);int (*open) (struct inode *, struct file *);int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);int (*release) (struct inode *, struct file *);int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);int (*fasync) (int, struct file *, int);...
};在上一讲的例子里我们打开的文件名字是/dev/hello,这是一个设备文件对应的主次设备号分别为232和0。所以当你打开/dev/hello之后就已经建立了这个文件和驱动里的 struct file 的对应关系,也就建立了这个文件和驱动里的struct file_operations的对应关系。
好了解以上的背景之后我们来看看代码。
我们从内核里write系统调用的实现部分开始阅读
相关的代码在fs/read_write.c
ssize_t ksys_write(unsigned int fd, const char __user *buf, size_t count)
{struct fd f fdget_pos(fd);ssize_t ret -EBADF;if (f.file) {loff_t pos file_pos_read(f.file);ret vfs_write(f.file, buf, count, pos);if (ret 0)file_pos_write(f.file, pos);fdput_pos(f);}return ret;
}关键代码在vfs_write。所以我们继续跟进入
ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{ssize_t ret;if (!(file-f_mode FMODE_WRITE))return -EBADF;if (!(file-f_mode FMODE_CAN_WRITE))return -EINVAL;if (unlikely(!access_ok(buf, count)))return -EFAULT;ret rw_verify_area(WRITE, file, pos, count);if (!ret) {if (count MAX_RW_COUNT)count MAX_RW_COUNT;file_start_write(file);ret __vfs_write(file, buf, count, pos);if (ret 0) {fsnotify_modify(file);add_wchar(current, ret);}inc_syscw(current);file_end_write(file);}return ret;
}继续跟入__vfs_write
ssize_t __vfs_write(struct file *file, const char __user *p, size_t count,loff_t *pos)
{if (file-f_op-write)return file-f_op-write(file, p, count, pos);else if (file-f_op-write_iter)return new_sync_write(file, p, count, pos);elsereturn -EINVAL;
}关键代码在这里:
if (file-f_op-write)return file-f_op-write(file, p, count, pos);上面提到建立了/dev/hello和file_operations的关系。所以这里其实就是判断chardev驱动里有没有定义write函数如果有那就调用驱动里的write函数。
应用程序的write函数去调用C库里面的write函数C库里面的write函数会产生一个异常进入内核空间调用系统调用函数system_call()。system_call()根据系统调用号去调用sys_wtite函数sys_write函数根据应用程序传来的fd找到file operation也就是驱动定义的文件gDev可以执行那些操作找到file operation后调用file operation里面的write操作
所以按照如上的路径应用程序里的write就顺利的调用到了hello驱动里的write函数。因为我们驱动里的hello_write和hello_read里都返回了0。所以应用程序里的write和read也返回了0。
ssize_t hello_write(struct file *f, const char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{printk(KERN_EMERGhello_write\r\n);return 0;
}
ssize_t hello_read(struct file *f, char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{printk(KERN_EMERGhello_read\r\n); return 0;
}如果你想让测试程序里的write和read返回非零值只要把驱动里的return 0改为任意值就好了大家可以自己测试一下。
