Linux驱动入门

内核版本: 2.4.22
阅读此文的目的: 学会编写Linux设备驱动。
阅读此文的方法: 阅读以下2个文件: hello.c,asdf.c。
此文假设读者:
已经能用C语言编写Linux应用程序,
理解"字符设备文件, 块设备文件, 主设备号, 次设备号",
会写简单的Shell脚本和Makefile。

1. "hello.c"
--------------------------------
/*
* 这是我们的第一个源文件，
* 它是一个可以加载的内核模块，
* 加载时显示"Hello,World!"，
* 卸载时显示"Bye!"。

* 需要说明一点，写内核或内核模块不能用写应用程序时的系统调用或函数库，
* 因为我们写的就是为应用程序提供系统调用的代码。

* 内核有专用的函数库，如<linux/kernel.h>, <linux/fs.h>, <linux/sche.h>等,
* 现在还没必要了解得很详细，
* 这里用到的printk的功能类似于printf。

* "/usr/src/linux"是你实际的内核源码目录的一个符号链接，
* 如果没有现在就创建一个,因为下面和以后都会用到。

* 编译它用"gcc -c -I/usr/src/linux/include hello.c"，
* 如果正常会生成文件hello.o,

* 加载它用"insmod hello.o",
* 只有在文本终端下才能看到输出。

* 卸载它用"rmmod hello"
*/

/*
* 小技巧: 在用户目录的.bashrc里加上一行:
* alias mkmod='gcc -c -I/usr/src/linux/include'
* 然后重新登陆Shell,
* 以后就可以用"mkmod hello.c"的方式来编译内核模块了。
*/

/* 开始例行公事 */
#ifndef __KERNEL__
# define __KERNEL__
#endif
#ifndef MODULE
# define MODULE
#endif

#include <linux/config.h>
#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
#ifdef CONFIG_SMP
#define __SMP__
#endif
/* 结束例行公事 */

#include <linux/kernel.h> /* printk()在这个文件里 */

static int
init_module
(){
printk("Hello,World!n");
return 0; /* 如果初始工作失败，就返回非0 */
}

static void
cleanup_module
(){
printk("Bye!n");
}
------------------------------------

2. "asdf.c"
------------------------------------
/*
* 这个文件是一个内核模块。
* 内核模块的编译，加载和卸载在前面已经介绍了。

* 这个模块的功能是，创建一个字符设备。
* 这个设备是一块4096字节的共享内存。
* 内核分配的主设备号会在加载模块时显示。
*/

/* 开始例行公事 */
#ifndef __KERNEL__
# define __KERNEL__
#endif
#ifndef MODULE
# define MODULE
#endif

#include <linux/config.h>
#include <linux/module.h>

#ifdef CONFIG_SMP
#define __SMP__
#endif
MODULE_LICENSE("GPL");
/* 结束例行公事 */

#include <asm/uaccess.h> /* copy_to_user(), copy_from_user */
#include <linux/fs.h> /* struct file_operations, register_chrdev(), ... */
#include <linux/kernel.h> /* printk()在这个文件里 */
#include <linux/sched.h> /* 和任务调度有关 */
#include <linux/types.h> /* u8, u16, u32 ... */

/*
* 关于内核功能库，可以去网上搜索详细资料，
*/

/* 文件被操作时的回调功能 */
static int asdf_open (struct inode *inode, struct file *filp);
static int asdf_release (struct inode *inode, struct file *filp);
static ssize_t asdf_read (struct file *filp, char *buf, size_t count,loff_t *f_pos);
static ssize_t asdf_write (struct file *filp, const char *buf, size_t count,loff_t *f_pos);
static loff_t asdf_lseek (struct file * file, loff_t offset, int orig);

/* 申请主设备号时用的结构, 在linux/fs.h里定义 */
struct file_operations asdf_fops = {
open: asdf_open,
release: asdf_release,
read: asdf_read,
write: asdf_write,
llseek: asdf_lseek,
};

static int asdf_major; /* 用来保存申请到的主设备号 */
static u8 asdf_body[4096]="asdf_bodyn"; /* 设备 */

static int
init_module
(){
printk ("Hi, This' A Simple Device File!n");
asdf_major = register_chrdev (0, "A Simple Device File", &asdf_fops); /* 申请字符设备的主设备号 */
if (asdf_major <0) return asdf_major; /* 申请失败就直接返回错误编号 */
printk ("The major is:%dn", asdf_major); /* 显示申请到的主设备号 */
return 0; /* 模块正常初始化 */
}

static void
cleanup_module
(){
unregister_chrdev(asdf_major, "A Simple Device File"); /* 注销以后,设备就不存在了 */
printk("A Simple Device has been removed,Bye!n");
}

/*
* 编译这个模块然后加载它,
* 如果正常,会显示你的设备的主设备号。
* 现在你的设备就建立好了,我们可以测试一下。
* 假设你的模块申请到的主设备号是254,
* 运行"mknod abc c 254 0",就建立了我们的设备文件abc。
* 可以把它当成一个4096字节的内存块来测试一下,
* 比如"cat abc", "cp abc image", "cp image abc",
* 或写几个应用程序用它来进行通讯。

* 介绍一下两个需要注意的事,
* 一是printk()的显示只有在非图形模式的终端下才能看到,
* 二是加载过的模块最好在不用以后卸载掉。

* 如果对Linux环境的系统调用很陌生,建议先看APUE这本书。
*/

static int
asdf_open /* open回调 */
(
struct inode *inode,
struct file *filp
){
printk("^_^ : open %sn ",
current->comm);
/*
* 应用程序的运行环境由内核提供,内核的运行环境由硬件提供。
* 这里的current是一个指向当前进程的指针,
* 现在没必要了解current的细节。
* 在这里,当前进程正打开这个设备,
* 返回0表示打开成功,内核会给它一个文件描述符。
* 这里的comm是当前进程在Shell下的command字符串。
*/
return 0;
}

static int
asdf_release /* close回调 */
(
struct inode *inode,
struct file *filp
){
printk("^_^ : closen ");
return 0;
}

static ssize_t
asdf_read /* read回调 */
(
struct file *filp,
char *buf,
size_t count,
loff_t *f_pos
){
loff_t pos;
pos = *f_pos; /* 文件的读写位置 */
if ((pos==4096) || (count>4096)) return 0; /* 判断是否已经到设备尾,或写的长度超过设备大小 */
pos += count;
if (pos > 4096) {
count -= (pos - 4096);
pos = 4096;
}
if (copy_to_user(buf, asdf_body+*f_pos, count)) return -EFAULT; /* 把数据写到应用程序空间 */
*f_pos = pos; /* 改变文件的读写位置 */
return count; /* 返回读到的字节数 */
}

static ssize_t
asdf_write /* write回调,和read一一对应 */
(
struct file *filp,
const char *buf,
size_t count,
loff_t *f_pos
){
loff_t pos;
pos = *f_pos;
if ((pos==4096) || (count>4096)) return 0;
pos += count;
if (pos > 4096) {
count -= (pos - 4096);
pos = 4096;
}
if (copy_from_user(asdf_body+*f_pos, buf, count)) return -EFAULT;
*f_pos = pos;
return count;
}

static loff_t
asdf_lseek /* lseek回调 */
(
struct file * file,
loff_t offset,
int orig
){
loff_t pos;
pos = file->f_pos;
switch (orig) {
case 0:
pos = offset;
break;
case 1:
pos += offset;
break;
case 2:
pos = 4096+offset;
break;
default:
return -EINVAL;
}
if ((pos>4096) || (pos<0)) {
printk("^_^ : lseek error %dn",pos);
return -EINVAL;
}
return file->f_pos = pos;
}
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