Linux驱动开发基础——Hello驱动程序（一）

news/2024/11/14 2:02:29/

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一、Hello驱动

一、Hello驱动

我们选用的内核都是 4.x 版本，操作都是类似的：

1.1、APP 打开的文件在内核中如何表示

open函数原型：

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
仔细看函数的参数，再对比看 内核里面的结构体“struct file”！
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 )：
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。
里面的成员 file_operations结构体使我们编写Hello驱动的一大基石！
结构体 struct file_operations 的定义如下：

1.3、如何编写驱动程序

注意：后面根据这一步骤编写驱动：

demo1：

第七步自动创建节点，后面会先不在驱动程序中创建设备节点，先完成前面6步，再手动创建！
demo2：
完完全全根据上图步骤编写一个驱动程序

二、编写程序

2.1、Demo1（简单实现打印信息）

第七步自动创建节点，后面会先不在驱动程序中创建设备节点，先完成前面6步，再手动创建！

2.1.1、hello_drv.c

#include <linux/mm.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include <linux/mman.h>
#include <linux/random.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/raw.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/capability.h>
#include <linux/ptrace.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/highmem.h>
#include <linux/backing-dev.h>
#include <linux/shmem_fs.h>
#include <linux/splice.h>
#include <linux/pfn.h>
#include <linux/export.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/uio.h>#include <linux/uaccess.h>static int major;//保存主设备号static int hello_open (struct inode *node, struct file *filp)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}
static ssize_t hello_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return size;
}static ssize_t hello_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return size;
}static int hello_close (struct inode *node, struct file *filp)
{printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}/* 1. create file_operations 创建结构体*/
static const struct file_operations hello_drv = {.owner      = THIS_MODULE,.read		= hello_read,.write		= hello_write,.open		= hello_open,.release    = hello_close,
};/* 2. register_chrdev *//* 3. entry function 入口函数 */
static int hello_init(void)
{major = register_chrdev(0, "100ask_hello", &hello_drv);return 0;
}/* 4. exit function 出口函数 */
static void hello_exit(void)
{unregister_chrdev(major, "100ask_hello");
}module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");//遵循GPL
这里没有自动创建设备节点，后面测验手动创建

2.1.2、编写测试程序

hello_test.c：

 写: ./hello_test /dev/xxx 100ask
 读: ./hello_test /dev/xxx

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>/* 写: ./hello_test /dev/xxx 100ask* 读: ./hello_test /dev/xxx*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int len;char buf[100];if (argc < 2){printf("Usage: \n");printf("%s <dev> [string]\n", argv[0]);return -1;}// openfd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd < 0){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}if (argc == 3){// writelen = write(fd, argv[2], strlen(argv[2])+1);printf("write ret = %d\n", len);}else{// readlen = read(fd, buf, 100);buf[99] = '\0';printf("read str : %s\n", buf);}// closeclose(fd);return 0;
}

2.1.3、测试

Makefile：

KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88


all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
    $(CROSS_COMPILE)gcc -o hello_test hello_test.c 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order
    rm -f hello_test

obj-m    += hello_drv.o

上机测验：
 
Ubuntu：
①make
②cp *.ko hello_test ~/nfs_rootfs/
ARM开发板：
①mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt （挂载）
②安装驱动：
insmod hello_drv.ko
查看设备号：
③手动生成设备节点：
mknod /dev/xyz c 240 0     ——xyz（设备节点名称，自己设备即可）
④运行测试程序
⑤运行完后，拆除驱动：
rmmod hello_drv.ko
到这里我们的一个简单的Hello驱动就完成了！

2.2、Demo2（自动生成设备节点）

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
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

2.2.1、hello_drv.c

#include <linux/module.h>#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>/* 1. 确定主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static char kernel_buf[1024];
static struct class *hello_class;#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t hello_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);err = copy_to_user(buf, kernel_buf, MIN(1024, size));return MIN(1024, size);
}static ssize_t hello_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);err = copy_from_user(kernel_buf, buf, MIN(1024, size));return MIN(1024, size);
}static int hello_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}static int hello_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}/* 2. 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations hello_drv = {.owner	 = THIS_MODULE,.open    = hello_drv_open,.read    = hello_drv_read,.write   = hello_drv_write,.release = hello_drv_close,
};/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                                */
/* 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 */
static int __init hello_init(void)
{int err;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);major = register_chrdev(0, "hello", &hello_drv);  /* /dev/hello */hello_class = class_create(THIS_MODULE, "hello_class");err = PTR_ERR(hello_class);if (IS_ERR(hello_class)) {printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);unregister_chrdev(major, "hello");return -1;}/* /dev/hello 自动创建设备节点*/device_create(hello_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "hello"); return 0;
}/* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数           */
static void __exit hello_exit(void)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);//删除设备节点device_destroy(hello_class, MKDEV(major, 0));class_destroy(hello_class);unregister_chrdev(major, "hello");
}/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

阅读一个驱动程序，从它的入口函数开始，hello_init就是入口函数。它的主要工作就是向内核注册一个 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 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。

2.2.2、编写测试程序

 使用说明：

hello_drv_test -w abc（写）
hello_drv_test -r        （读）

 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>/** ./hello_drv_test -w abc* ./hello_drv_test -r*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;char buf[1024];int len;/* 1. 判断参数 */if (argc < 2) {printf("Usage: %s -w <string>\n", argv[0]);printf("       %s -r\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开文件 */fd = open("/dev/hello", O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file /dev/hello\n");return -1;}/* 3. 写文件或读文件 */if ((0 == strcmp(argv[1], "-w")) && (argc == 3)){len = strlen(argv[2]) + 1;len = len < 1024 ? len : 1024;write(fd, argv[2], len);}else{len = read(fd, buf, 1024);		buf[1023] = '\0';printf("APP read : %s\n", buf);}close(fd);return 0;
}

2.2.3、测试

Makefile和上面Demo一样！

上机测试：

Ubuntu和上面一致！

ARM开发板：

insmod hello_drv.ko（安装驱动）

驱动自动生成设备节点：

运行：
拆除驱动：
rmmod hello_drv.ko
驱动就消失了：
到此，学习驱动开发的开端——Hello驱动我们就完成了，希望对一起入门驱动的大佬们有帮助，觉得有帮助的可以三连！

http://www.ppmy.cn/news/1546806.html

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