1.Hello驱动(不涉及硬件操作)
我们选用的内核都是4.x版本，操作都是类似的：
rk3399 linux 4.4.154 rk3288 linux 4.4.154 imx6ul linux 4.9.88 am3358 linux 4.9.168
也就是说你要用sourceinsight,打开内核源码,在内核源码的工程下继续编写程序。因为在这个编写驱动的过程中要用到很多关于内核的函数。你可以直接去用source工程去看。不要用其他的软件。
把之前的过程重新复现一遍。
1.1 APP打开的文件在内核中如何表示
APP打开文件时，可以得到一个整数，这个整数被称为文件句柄。对于APP的每一个文件句柄，在内核里面都有一个“struct file”与之对应。
可以猜测，我们使用open打开文件时，传入的flags、mode等参数会被记录在内核中对应的struct file结构体里(f_flags、f_mode)：
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
去读写文件时，文件的当前偏移地址也会保存在struct file结构体的f_pos成员里。
1.2 打开字符设备节点时，内核中也有对应的struct file
注意这个结构体中的结构体：struct file_operations *f_op，这是由驱动程序提供的。
open一个设备节点以后，会返回一个句柄，这个的句柄会在内核中有一个struct file与其对应。flags,以及mode会传参数到struct file中去，并且当使用open打开以后，根据主设备号会在一个叫chadevs[]的数组上找到file_operation,以及其上对应的open,read,write等函数，当app使用read/write的时候，会调用驱动中的write以及read。
结构体struct file_operations的定义如下：
1.3 请猜猜怎么编写驱动程序
① 确定主设备号，也可以让内核分配
② 定义自己的file_operations结构体
③ 实现对应的drv_open/drv_read/drv_write等函数，填入file_operations结构体
④把file_operations结构体告诉内核：register_chrdev
⑤谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数
⑥有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，出口函数调用unregister_chrdev
⑦其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点：class_create, device_create
1.4 请不要啰嗦，表演你的代码吧
1.4.1 写驱动程序
参考driver/char中的程序，包含头文件，写框架，传输数据：
A. 驱动中实现open, read, write, release，APP调用这些函数时，都打印内核信息
B. APP调用write函数时，传入的数据保存在驱动中
C.APP调用read函数时，把驱动中保存的数据返回给APP
使用GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录：
01_all_series_quickstart\ 05_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\01_hello_drv\hello_drv.c
hello_drv.c源码如下：
01 #include <linux/module.h> 02 03 #include <linux/fs.h> 04 #include <linux/errno.h> 05 #include <linux/miscdevice.h> 06 #include <linux/kernel.h> 07 #include <linux/major.h> 08 #include <linux/mutex.h> 09 #include <linux/proc_fs.h> 10 #include <linux/seq_file.h> 11 #include <linux/stat.h> 12 #include <linux/init.h> 13 #include <linux/device.h> 14 #include <linux/tty.h> 15 #include <linux/kmod.h> 16 #include <linux/gfp.h> 17 18 /* 1. 确定主设备号 */ 19 static int major = 0;// 20 static char kernel_buf[1024]; 21 static struct class *hello_class; 22 23 24 #define MIN(a, b) (a < b ? a : b) 25 26 /* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */ 27 static ssize_t hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) 28 { 29 int err; 30 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 31 err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size)); 32 return MIN(1024, size); 33 } 34 35 static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset) 36 { 37 int err; 38 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 39 err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size)); 40 return MIN(1024, size); 41 } 42 43 static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file) 44 { 45 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 46 return 0; 47 } 48 49 static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file) 50 { 51 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 52 return 0; 53 } 54 55 /* 2. 定义自己的file_operations结构体 */ 56 static struct file_operations hello_drv = { 57 .owner = THIS_MODULE, 58 .open = hello_drv_open, 59 .read = hello_drv_read, 60 .write = hello_drv_write, 61 .release = hello_drv_close, 62 }; 63 64 /* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 */ 65 /* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */ 66 static int __init hello_init(void) 67 { 68 int err; 69 70 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 71 major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv); /* /dev/hello */ 72 73 74 hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class"); 75 err = PTR_ERR(hello_class); 76 if (IS_ERR(hello_class)) { 77 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 78 unregister_chrdev(major, "hello"); 79 return -1; 80 } 81 82 device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); /* /dev/hello */ 83 84 return 0; 85 } 86 87 /* 6. 有入口函数就有出口函数：卸载驱动程序时就会去调用这个出口函数 */ 88 static void __exit hello_exit(void) 89 { 90 printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__); 91 device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0)); 92 class_destroy(hello_class); 93 unregister_chrdev(major, "hello"); 94 } 95 96 97 /* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */ 98 99 module_init(hello_init); 100 module_exit(hello_exit); 101 102 MODULE_LICENSE("GPL"); 103
阅读一个驱动程序，从它的入口函数开始，第66行就是入口函数。它的主要工作就是第71行，向内核注册一个file_operations结构体：hello_drv，这就是字符设备驱动程序的核心。
file_operations结构体hello_drv在第56行定义，里面提供了open/read/write/release成员，应用程序调用open/read/write/close时就会导致这些成员函数被调用。
file_operations结构体hello_drv中的成员函数都比较简单，大多数只是打印而已。要注意的是，驱动程序和应用程序之间传递数据要使用copy_from_user/copy_to_user函数。
1.4.2 写测试程序
测试程序要实现写、读功能：
A. ./hello_drv_test -w wiki.100ask.net // 把字符串“wiki.100ask.net”发给驱动程序 B. ./hello_drv_test -r // 把驱动中保存的字符串读回来
使用GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录：
01_all_series_quickstart\ 05_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\01_hello_drv\hello_drv_test.c
hello_drv_test.c源码如下：
01 02 #include <sys/types.h> 03 #include <sys/stat.h> 04 #include <fcntl.h> 05 #include <unistd.h> 06 #include <stdio.h> 07 #include <string.h> 08 09 /* 10 * ./hello_drv_test -w abc 11 * ./hello_drv_test -r 12 */ 13 int main(int argc, char **argv) 14 { 15 int fd; 16 char buf[1024]; 17 int len; 18 19 /* 1. 判断参数 */ 20 if (argc < 2) 21 { 22 printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]); 23 printf(" %s -r\n", argv[0]); 24 return -1; 25 } 26 27 /* 2. 打开文件 */ 28 fd = open("/dev/hello", O_RDWR); 29 if (fd == -1) 30 { 31 printf("can not open file /dev/hello\n"); 32 return -1; 33 } 34 35 /* 3. 写文件或读文件 */ 36 if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3)) 37 { 38 len = strlen(argv[2]) + 1; 39 len = len < 1024 ? len : 1024; 40 write(fd, argv[2], len); 41 } 42 else 43 { 44 len = read(fd, buf, 1024); 45 buf[1023] = '\0'; 46 printf("APP read : %s\n", buf); 47 } 48 49 close(fd); 50 51 return 0; 52 } 53
1.4.3 编写makefile
A. 编写驱动程序的Makefile
驱动程序中包含了很多头文件，这些头文件来自内核，不同的ARM板它的某些头文件可能不同。所以编译驱动程序时，需要指定板子所用的内核的源码路径。
要编译哪个文件？这也需要指定，设置obj-m变量即可 怎么把.c文件编译为驱动程序.ko？这要借助内核的顶层Makefile。
本驱动程序的Makefile内容如下：
01 02 # 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR 03 # 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量: 04 # 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64 05 # 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- 06 # 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 07 # 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同, 08 # 请参考各开发板的高级用户使用手册 09 10 KERN_DIR = /home/book/100ask_roc-rk3399-pc/linux-4.4 11 12 all: 13 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 14 $(CROSS_COMPILE)gcc -o hello_drv_test hello_drv_test.c 15 16 clean: 17 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean 18 rm -rf modules.order 19 rm -f hello_drv_test 20 21 obj-m += hello_drv.o
先设置好交叉编译工具链，编译好你的板子所用的内核，然后修改Makefile指定内核源码路径，最后即可执行make命令编译驱动程序和测试程序。
B. 上机实验
注意：我们是在Ubuntu中编译程序，但是需要在ARM板子上测试。所以需要把程序放到ARM板子上。
启动单板后，可以通过NFS挂载Ubuntu的某个目录，访问该目录中的程序。
测试示例：
① 在Ubuntu上编译好驱动，并它复制到NFS目录：
$ cp *.ko hello_drv_test ~/nfs_rootfs/
② 在ARM板上测试：
# echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk // 打开内核的打印信息，有些板子默认打开了 # ifconfig eth0 192.168.1.10 // 配置ARM板IP，下面是挂载NFS文件系统 // 2.如果使用VMware桥接网络，假设Ubuntu IP为192.168.1.100，使用下面命令挂载NFS # mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.100:/home/book/nfs_rootfs /mnt # cd /mnt # insmod hello_drv.ko // 安装驱动程序 [ 293.594910] hello_drv: loading out-of-tree module taints kernel. [ 293.616051] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_init line 70 # ls /dev/hello -l // 驱动程序会生成设备节点 crw------- 1 root root 236, 0 Jan 18 08:55 /dev/hello # ./hello_drv_test // 查看测试程序的用法 Usage: ./hello_drv_test -w <string> ./hello_drv_test -r # ./hello_drv_test -w wiki.100ask.net // 往驱动程序中写入字符串 [ 318.360800] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_open line 45 [ 318.372570] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_write line 38 [ 318.382854] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_close line 51 # ./hello_drv_test -r // 从驱动程序中读出字符串 [ 326.177890] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_open line 45 [ 326.198304] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_read line 30 APP read : wiki.100ask.net [ 326.214782] /home/book/source/01_hello_drv/hello_drv.c hello_drv_close line 51
注意：如果安装驱动时提示version magic不匹配，或是污染内核(taint)，请参考这些章节更新内核：
第2篇 环境搭建、Linux基本操作、工具使用
《第九章 开发板的第1个驱动程序》
Hello驱动中的一些补充知识
module_init/module_exit的实现
register_chrdev的内部实现
class_destroy/device_create浅析
