如何編寫一個簡單的Linux驅動（一）

2020 年 9 月 7 日
筆記
Linux驅動

前言

　　最近在學習Linux驅動，記錄下自己學習的歷程。

驅動的基本框架

　　Linux驅動的基本框架包含兩部分，「模組入口、出口的註冊」和「模組入口、出口函數的實現」，如下方程式碼。　　

 1 static int __init shanwuyan_init(void)    //驅動入口函數
 2 {
 3     return 0;
 4 }
 5 
 6 static void __exit shanwuyan_exit(void)    //驅動出口函數
 7 {
 8 
 9 }
10 
11 module_init(shanwuyan_init);    //註冊入口函數
12 module_exit(shanwuyan_exit);    //註冊出口函數

　　其中，module_init()和module_exit()兩個函數的作用是註冊驅動的入口「shanwuyan_init」和出口「shanwuyan_exit」。載入驅動時會運行入口函數，卸載驅動時會運行出口函數。入口函數的作用是載入驅動時做一些初始化工作，比如註冊設備、申請設備號、生成設備節點等等，其返回值為int類型；出口函數的作用是卸載驅動時做一些善後操作，比如註銷設備、註銷設備號、銷毀類等等。

一個基本驅動的編寫

　　本文的主要目的是讓讀者了解驅動的基本框架，我們先不實現註冊設備、申請設備號、註銷設備等複雜的工作。

　　為了讓驅動的載入和卸載工作更直觀得為程式設計師所觀察，我們可以在入口函數和出口函數中添加列印語句，這樣每次載入和卸載驅動的時候，程式設計師都能在終端觀察到相應的資訊，如下方程式碼。　　

 1 static int __init shanwuyan_init(void)    //驅動入口函數
 2 {
 3     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_init\r\n");
 4     return 0;
 5 }
 6 
 7 static void __exit shanwuyan_exit(void)    //驅動出口函數
 8 {
 9     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_exit\r\n");
10 }

　　「printk」函數是什麼？說到列印，有C語言基礎的讀者首先想到的可能就是「printf」函數，但是「printf」只能在應用層面工作，而設備驅動是工作在內核態下的，所以「printf」不能在設備驅動中工作。在內核態下的列印函數是「printk」函數。KERN_EMERG是列印優先順序，這裡採用了最高優先順序。

　　再加上頭文件以及註冊用的函數，可以得到一個相對完整的程式碼。　　　　

 1 /* 源程式碼文件名為：shanwuyan.c */
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/init.h>
 5 #include <linux/fs.h>
 6 #include <linux/uaccess.h>
 7 
 8 static int __init shanwuyan_init(void)    //驅動入口函數
 9 {
10     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_init\r\n");
11     return 0;
12 }
13 
14 static void __exit shanwuyan_exit(void)    //驅動出口函數
15 {
16     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_exit\r\n");
17 }
18 
19 module_init(shanwuyan_init);    //註冊入口函數
20 module_exit(shanwuyan_exit);    //註冊出口函數

　　該設備驅動實現的功能是：載入驅動時列印字元串「shanwuyan_init」，卸載驅動時列印字元串「shanwuyan_exit」。

Makefile文件的編寫

　　Makefile文件沒什麼可說的，程式碼如下。　　

 1 #!/bin/bash
 2 
 3 obj-m += shanwuyan.o    #此處要和你的驅動源文件同名
 4 
 5 KDIR := /home/topeet/Android/iTop4412_Kernel_3.0    #這裡是你的內核目錄
 6 
 7 PWD ?= $(shell pwd)
 8 
 9 all:
10     make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
11 
12 clean:
13     make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

應用

　　編譯，並載入生成的「shanwuyan.ko」文件，載入驅動和卸載驅動的命令如下。　　

1 insmod shanwuyan.ko #載入驅動
2 rmmod shanwuyan.ko #卸載驅動，如果該命令不起作用，請用下方的命令
3 rmmod shanwuyan    #卸載驅動

　　進入到驅動文件所在的路徑下，並在命令行輸入載入驅動的命令「insmod shanwuyan.ko」，可以看到驅動入口函數列印出來的字元串資訊「shanwuyan_init」。

　　但是終端還列印了兩行警告資訊「shanwuyan: module license ‘unspecified’ taints kernel」和「Disabling lock debugging due to kernel」，這是因為我們沒有在程式碼中加入同意開源協議，所以終端列印該資訊。需要注意的是，該警告資訊只有在系統啟動後第一次載入驅動時才會列印，卸載掉之後，如果不重啟系統，再載入驅動時就不會再列印這兩行警告資訊了。

　　打開源文件，加入GPL開源協議，一個完整的基本驅動框架就完成了，全部程式碼如下。

 1 /* 源程式碼文件名為：shanwuyan.c */
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/init.h>
 5 #include <linux/fs.h>
 6 #include <linux/uaccess.h>
 7 
 8 static int __init shanwuyan_init(void)    //驅動入口函數
 9 {
10     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_init\r\n");
11     return 0;
12 }
13 
14 static void __exit shanwuyan_exit(void)    //驅動出口函數
15 {
16     printk(KERN_EMERG "shanwuyan_exit\r\n");
17 }
18 
19 module_init(shanwuyan_init);    //註冊入口函數
20 module_exit(shanwuyan_exit);    //註冊出口函數
21 
22 MODULE_LICENSE("GPL");    //同意GPL開源協議，就不會列印警告資訊了
23 MODULE_AUTHOR("shanwuyan");    //還可以再添加上作者名稱