深入淺出linux設備驅動編程

Linux設備驅動屬于內核的一部分，Linux內核的一個模塊可以以兩種方式被編譯和加載：

(1)直接編譯進Linux內核，隨同Linux啟動時加載;

(2)編譯成一個可加載和刪除的模塊，使用insmod加載(modprobe和insmod命令類似，但依賴于相關的配置文件)，rmmod刪除。這種方式控制了內核的大小，而模塊一旦被插入內核，它就和內核其他部分一樣。

下面我們給出一個內核模塊的例子：

#include //所有模塊都需要的頭文件

#include // initexit相關宏

MODULE_LICENSE(GPL);

static int __init hello_init (void)

{

printk(Hello module initn);

return 0;

}

static void __exit hello_exit (void)

{

printk(Hello module exitn);

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

分析上述程序，發現一個Linux內核模塊需包含模塊初始化和模塊卸載函數，前者在insmod的時候運行，后者在rmmod的時候運行。初始化與卸載函數必須在宏module_init和module_exit使用前定義，否則會出現編譯錯誤。

程序中的MODULE_LICENSE(GPL)用于聲明模塊的許可證。

如果要把上述程序編譯為一個運行時加載和刪除的模塊，則編譯命令為：

gcc -D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX -I /usr/local/src/linux2.4/include -c -o hello.o hello.c

由此可見，Linux內核模塊的編譯需要給gcc指示-D__KERNEL__ -DMODULE -DLINUX參數。-I選項跟著Linux內核源代碼中Include目錄的路徑。

下列命令將可加載hello模塊：

insmod ./hello.o

下列命令完成相反過程：

rmmod hello

如果要將其直接編譯入Linux內核，則需要將源代碼文件拷貝入Linux內核源代碼的相應路徑里，并修改Makefile。

我們有必要補充一下Linux內核編程的一些基本知識：

內存

在Linux內核模式下，我們不能使用用戶態的malloc()和free()函數申請和釋放內存。進行內核編程時，最常用的內存申請和釋放函數為在include/linux/kernel.h文件中聲明的kmalloc()和kfree()，其原型為：

void *kmalloc(unsigned int len, int priority);

void kfree(void *__ptr);

kmalloc的priority參數通常設置為GFP_KERNEL，如果在中斷服務程序里申請內存則要用GFP_ATOMIC參數，因為使用GFP_KERNEL參數可能會引起睡眠，不能用于非進程上下文中(在中斷中是不允許睡眠的)。

由于內核態和用戶態使用不同的內存定義，所以二者之間不能直接訪問對方的內存。而應該使用Linux中的用戶和內核態內存交互函數(這些函數在include/asm/uaccess.h中被聲明)：

unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);

unsigned long copy_to_user (void * to, void * from, unsigned long len);

copy_from_user、copy_to_user函數返回不能被復制的字節數，因此，如果完全復制成功，返回值為0。

include/asm/uaccess.h中定義的put_user和get_user用于內核空間和用戶空間的單值交互(如char、int、long)。

這里給出的僅僅是關于內核中內存管理的皮毛，關于Linux內存管理的更多細節知識，我們會在本文第9節《內存與I/O操作》進行更加深入地介紹。

輸出

在內核編程中，我們不能使用用戶態C庫函數中的printf()函數輸出信息，而只能使用printk()。但是，內核中printk()函數的設計目的并不是為了和用戶交流，它實際上是內核的一種日志機制，用來記錄下日志信息或者給出警告提示。

每個printk都會有個優先級，內核一共有8個優先級，它們都有對應的宏定義。如果未指定優先級，內核會選擇默認的優先級 DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL。如果優先級數字比int console_loglevel變量小的話，消息就會打印到控制臺上。如果syslogd和klogd守護進程在運行的話，則不管是否向控制臺輸出，消息都會被追加進/var/log/messages文件。klogd 只處理內核消息，syslogd 處理其他系統消息，比如應用程序。

模塊參數

2.4內核下，include/linux/module.h中定義的宏MODULE_PARM(var,type) 用于向模塊傳遞命令行參數。var為接受參數值的變量名，type為采取如下格式的字符串[min[-max]]{b,h,i,l,s}。min及max 用于表示當參數為數組類型時，允許輸入的數組元素的個數范圍;b：byte;h：short;i：int;l：long;s：string。

在裝載內核模塊時，用戶可以向模塊傳遞一些參數：

insmod modname var=value

如果用戶未指定參數，var將使用模塊內定義的缺省值。