【linux】驅動-2-內核模組

目錄

前言

  • 以野火i.M 6U為例

2. 內核模組

本章節筆記主要理解內核模組程式碼框架和原理，分析一個簡單的內核模組例子。
需要明確的是模組和驅動是兩回事。

2.1 內核模組概念

2.1.1 內核

內核，是一個作業系統的核心。是基於硬體的第一層軟體擴充，提供作業系統的最基本的功能， 是作業系統工作的基礎，決定著整個作業系統的性能和穩定性。
內核按照體系結構分為：微內核和宏內核。

  • 參考圖：

2.1.2 內核模組機制的引入

提高系統靈活性，在調試驅動的時候不需要重新編譯內核，也不需要重新啟動內核，只需要插入需要調試的驅動即可。
內核模組的特點：

  • 模組本身不被編譯入內核映像，這控制了內核的大小。
  • 模組一旦被載入，它就和內核中的其它部分完全一樣。

2.2 內核模組

內核模組編譯後會得到一個 .ko 的 ELF 文件。（ELF 文件可以百度一下，也可以參考野火的內核模組章節。）
ELF 文件：這類文件包含了程式碼和數據，可以被用來鏈接成可執行文件或共享目標文件，靜態鏈接庫也可以歸為這一類。

2.2.1 內核模組參考常式

必須內容可分為以下幾點：

  • 入口函數：當通過insmod或modprobe命令載入內核模組時，模組的載入函數就會自動被內核執行，完成本模組相關的初始化工作。
  • 出口函數：執行rmmod命令卸載模組時，模組卸載函數就會自動被內核自動執行，完成相關清理工作。
  • 協議：許可證聲明描述內核模組的許可許可權，如果模組不聲明，模組被載入時，將會有內核被污染的警告。

非必須內容：

  • 模組參數：模組參數是模組被載入時，可以傳值給模組中的參數。
  • 模組導出符號： 模組可以導出準備好的變數或函數作為符號，以便其他內核模組調用。
  • 模組的其他相關資訊： 可以聲明模組作者等資訊。

hello_module.c

/** @file hello_module.c
* @brief 簡要說明
* @details 詳細說明
* @author lzm
* @date 2021-02-21 18:08:07
* @version v1.0
* @copyright Copyright By lizhuming, All Rights Reserved
*
**********************************************************
* @LOG 修改日誌:
**********************************************************
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
// 入口函數：安裝驅動時調用的函數
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_EMERG "[ KERN_EMERG ] Hello Module Init\n");
printk( "[ default ] Hello Module Init\n");
return 0;
}
// 出口函數：卸載驅動時調用的函數
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("[ default ] Hello Module Exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
//MODULE_LICENSE("GPL2");
MODULE_AUTHOR("embedfire ");
MODULE_DESCRIPTION("hello world module");
MODULE_ALIAS("test_module");

2.2.2 內核模組命令

insmod：插入模組：insmod+模組完整路徑。
modprobe：插入模組，insmod具備同樣的功能，同樣可以將模組載入到內核中，除此以外modprobe還能檢查模組之間的依賴關係， 並且按照順序載入這些依賴，可以理解為按照順序多次執行insmod。
depmod：創建模組依賴文件。modprobe是怎麼知道一個給定模組所依賴的其他的模組呢？在這個過程中，depmod起到了決定性作用，當執行modprobe時， 它會在模組的安裝目錄下搜索module.dep文件，這是depmod創建的模組依賴關係的文件。
rmmod：刪除模組：insmod+模組名稱。
lsmod：查看所有模組。
modinfo：顯示模組中的幾個宏的定義。如協議、作者等等。

2.2.3 系統自動載入模組 **

讓系統自動載入模組需要用到命令depmod和modprobe。

首先需要將我們想要自動載入的模組統一放到 /lib/modules/內核版本 目錄下，內核版本使用 uname -r 查詢；
其次使用depmod建立模組之間的依賴關係，命令 depmod -a ；
這個時候我們就可以在modules.dep中看到模組依賴關係，可以使用如下命令查看：

cat /lib/modules/內核版本/modules.dep | grep calculation

最後在/etc/modules加上我們自己的模組。

  • 注意在該配置文件中，模組不寫成.ko形式代表該模組與內核緊耦合，有些是系統必須要跟內核緊耦合，比如mm子系統， 一般寫成.ko形式比較好，如果出現錯誤不會導致內核出現panic錯誤，如果集成到內核，出錯了就會出現panic。
    然後重啟開發板，使用命令lsmod即可查看我們的模組開機就被載入到內核了。

2.2.4 導出符號

實際上，符號指的就是內核模組中使用 EXPORT_SYMBOL 聲明的函數和變數。當模組被裝入內核後，它所導出的符號都會記錄在公共內核符號表中。可供給其它模組使用。
導出方法：

  • 符號必須在模組文件的全局部分導出，不能在函數中使用。
  • _GPL使得導出的模組只能被GPL許可的模組使用。
  • 編譯我們的模組時，這兩個宏會被拓展為一個特殊變數的聲明，存放在ELF文件中。 具體也就是存放在ELF文件的符號表中：
    • st_name： 是符號名稱在符號名稱字元串表中的索引值；
    • st_value： 是符號所在的記憶體地址；
    • st_size： 是符號大小；
    • st_info： 是符號類型和綁定資訊；
    • st_shndx： 表示符號所在section。
EXPORT_SYMBOL(name)
EXPORT_SYMBOL_GPL(name)  // name為要導出的標誌

調用方法(例子)：

extern int name;

2.2.5 模組參數

模組參數：模組參數是模組被載入時，可以傳值給模組中的參數。

Linux內核提供一個宏來實現模組的參數傳遞：

#define module_param(name, type, perm) module_param_named(name, name, type, perm)
#define module_param_array(name, type, nump, perm) module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)
  • name： 我們定義的變數名；
  • type：參數的類型，目前內核支援的參數類型有byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，charp，bool，invbool。其中charp表示的是字元指針，bool是布爾類型，其值只能為0或者是1；invbool是反布爾類型，其值也是只能取0或者是1，但是true值表示0，false表示1。變數是char類型時，傳參只能是byte，char * 時只能是charp。
  • perm：表示的是該文件的許可權，具體參數值見下表：
對應用戶 字元 說明
當前用戶 S_IRUSR 用戶具有讀許可權
當前用戶 S_IWUSR 用戶具有寫許可權
當前用戶組 S_IRGRP 當前用戶組的其它用戶擁有讀許可權
當前用戶組 S_IWGRP 當前用戶組的其它用戶擁有寫許可權
其它用戶 S_IROTH 其它用戶具有讀許可權
其它用戶 S_IWOTH 其它用戶具有寫許可權

模組參數使用示例
模組源碼：

static int nameA=0;
module_param(nameA,int,0);
static bool nameB=0;
module_param(nameB,bool,0644);

載入模組後，會在路徑 /sys/module/模組名/parameters 下存在以模組參數為名的文件。（註：若文件許可權為0，則無法查看該文件，也不會顯示在該路徑）

參考

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