學會編寫Linux設備驅動

內核版本: 2.4.22
閱讀此文的目的: 學會編寫Linux設備驅動。
閱讀此文的方法: 閱讀以下2個文件: hello.c,asdf.c。
此文假設讀者:
已經能用C語言編寫Linux應用程序,
理解"字符設備文件, 塊設備文件, 主設備號, 次設備號",
會寫簡單的Shell腳本和Makefile。

1. "hello.c"
--------------------------------
/*
* 這是我們的第一個源文件,
* 它是一個可以加載的內核模塊,
* 加載時顯示"Hello,World!",
* 卸載時顯示"Bye!"。

* 需要說明一點,寫內核或內核模塊不能用寫應用程序時的系統調用或函數庫,
* 因為我們寫的就是為應用程序提供系統調用的代碼。

* 內核有專用的函數庫,如linux/kernel.h>, linux/fs.h>, linux/sche.h>等,
* 現在還沒必要了解得很詳細,
* 這里用到的printk的功能類似于printf。

* "/usr/src/linux"是你實際的內核源碼目錄的一個符號鏈接,
* 如果沒有現在就創建一個,因為下面和以后都會用到。

* 編譯它用"gcc -c -I/usr/src/linux/include hello.c",
* 如果正常會生成文件hello.o,

* 加載它用"insmod hello.o",
* 只有在文本終端下才能看到輸出。

* 卸載它用"rmmod hello"
*/

/*
* 小技巧: 在用戶目錄的.bashrc里加上一行:
* alias mkmod=''gcc -c -I/usr/src/linux/include''
* 然后重新登陸Shell,
* 以后就可以用"mkmod hello.c"的方式來編譯內核模塊了。
*/

/* 開始例行公事 */
#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
/* 結束例行公事 */

#include linux/kernel.h> /* printk()在這個文件里 */

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

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

2. "asdf.c"
------------------------------------
/*
* 這個文件是一個內核模塊。
* 內核模塊的編譯,加載和卸載在前面已經介紹了。

* 這個模塊的功能是,創建一個字符設備。
* 這個設備是一塊4096字節的共享內存。
* 內核分配的主設備號會在加載模塊時顯示。
*/

/* 開始例行公事 */
#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");
/* 結束例行公事 */

#include asm/uaccess.h> /* copy_to_user(), copy_from_user */
#include linux/fs.h> /* struct file_operations, register_chrdev(), ... */
#include linux/kernel.h> /* printk()在這個文件里 */
#include linux/sched.h> /* 和任務調度有關 */
#include linux/types.h> /* u8, u16, u32 ... */

/*
* 關于內核功能庫,可以去網上搜索詳細資料,
*/

/* 文件被操作時的回調功能 */
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);

/* 申請主設備號時用的結構, 在linux/fs.h里定義 */
struct file_operations asdf_fops = {
open: asdf_open,
release: asdf_release,
read: asdf_read,
write: asdf_write,
llseek: asdf_lseek,
};

static int asdf_major; /* 用來保存申請到的主設備號 */
static u8 asdf_body[4096]="asdf_bodyn"; /* 設備 */

static int
init_module
(){
printk ("Hi, This'' A Simple Device File!n");
asdf_major = register_chrdev (0, "A Simple Device File", asdf_fops); /* 申請字符設備的主設備號 */
if (asdf_major 0) return asdf_major; /* 申請失敗就直接返回錯誤編號 */
printk ("The major is:%dn", asdf_major); /* 顯示申請到的主設備號 */
return 0; /* 模塊正常初始化 */
}

static void
cleanup_module
(){
unregister_chrdev(asdf_major, "A Simple Device File"); /* 注銷以后,設備就不存在了 */
printk("A Simple Device has been removed,Bye!n");
}

/*
* 編譯這個模塊然后加載它,
* 如果正常,會顯示你的設備的主設備號。
* 現在你的設備就建立好了,我們可以測試一下。
* 假設你的模塊申請到的主設備號是254,
* 運行"mknod abc c 254 0",就建立了我們的設備文件abc。
* 可以把它當成一個4096字節的內存塊來測試一下,
* 比如"cat abc", "cp abc image", "cp image abc",
* 或寫幾個應用程序用它來進行通訊。

* 介紹一下兩個需要注意的事,
* 一是printk()的顯示只有在非圖形模式的終端下才能看到,
* 二是加載過的模塊最好在不用以后卸載掉。

* 如果對Linux環境的系統調用很陌生,建議先看APUE這本書。
*/

static int
asdf_open /* open回調 */
(
struct inode *inode,
struct file *filp
){
printk("^_^ : open %sn ",
current->comm);
/*
* 應用程序的運行環境由內核提供,內核的運行環境由硬件提供。
* 這里的current是一個指向當前進程的指針,
* 現在沒必要了解current的細節。
* 在這里,當前進程正打開這個設備,
* 返回0表示打開成功,內核會給它一個文件描述符。
* 這里的comm是當前進程在Shell下的command字符串。
*/
return 0;
}

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

static ssize_t
asdf_read /* read回調 */
(
struct file *filp,
char *buf,
size_t count,
loff_t *f_pos
){
loff_t pos;
pos = *f_pos; /* 文件的讀寫位置 */
if ((pos==4096) || (count>4096)) return 0; /* 判斷是否已經到設備尾,或寫的長度超過設備大小 */
pos = count;
if (pos > 4096) {
count -= (pos - 4096);
pos = 4096;
}
if (copy_to_user(buf, asdf_body *f_pos, count)) return -EFAULT; /* 把數據寫到應用程序空間 */
*f_pos = pos; /* 改變文件的讀寫位置 */
return count; /* 返回讀到的字節數 */
}

static ssize_t
asdf_write /* write回調,和read一一對應 */
(
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回調 */
(
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) || (pos0)) {
printk("^_^ : lseek error %dn",pos);
return -EINVAL;
}
return file->f_pos = pos;
}