Linux驱动学习：Linux内核模块

以下基于宋宝华老师的《Linux设备驱动开发详解》

示例代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init hello_init(void)
{
        printk(KERN_INFO "Hello World enter\n");
        return 0;
}
module_init(hello_init);

static void __exit hello_exit(void)
{
        printk(KERN_INFO "Hello World exit\n");
}
module_exit(hello_exit);

MODULE_AUTHOR("Barry Song <21cnbao@gmail.com>");
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module");
MODULE_ALIAS("a simplest module");

模块相关命令

1. 加载模块：insmod xxx.ko
2. 卸载模块：rmmod xxx.ko
3. 查看所有已加载的模块以及模块间的依赖关系：lsmod
   1. 实质上是读取并分析文件：/proc/modules
   2. 已加载模块的信息也存在于目录下：/sys/module
4. 更强大的命令：modprobe
   1. 该命令在加载某一个模块时，会同时加载该模块所依赖的其他模块，卸载同理。
      1. 加载：modprobe xxx
      2. 卸载：modprobe -r xxx
      3. 注意，这个命令似乎是从配置的指定路径下面去寻找的，不能手动的指定路径，所以没有insmod灵活
   2. 模块之家的依赖关系存放在文件：/lib/modules/<kernel-version>/modules.dep中
      1. 由depmod工具在整体编译内核时生成
   3. 获得模块的信息：modinfo xxx.ko
      

Linux内核模块程序结构

1. 模块加载函数
2. 模块卸载函数
3. 模块许可证声明
   1. 可接受的许可证（LICENSE）包括：GPL、GPL V2、GPL and additional rights、Dial BSD/GPL、Dual MPL/GPL、Proprietary，是否可以采用非GPL是有争议的，大多数情况下声明为GPL v2
4. 模块参数(可选)
5. 模块导出符号（可选）
6. 模块作者等信息声明（可选）
   

模块加载函数

通用示例如下

static int __init initialization_function(void)
{
}
module_init(initialization_function);

1. 一般以__init标识声明
2. 以module_init(函数名)的形式被指定。
   1. 返回整型值，0代表成功，其他代表错误编码，错误编码应该为接近于0的负值，在<linux/errno.h>中定义
3. 在内核中，可以通过request_module(const char* fmt,...)函数加载其他内核模块
4. 所有标识为__init的函数如果直接被编译进入内核，那么在连接时，就会放在.init.text这个区段内
   1. #define __init __attribute__((section__(".init.text")))
   2. 相应的函数指针保存在：.initcal.init中
   3. 初始化完成后，会释放init区段（包括了上面这两个）的内存
5. 数据也可以被定义为__initdata：主要针对于只是初始化阶段需要的数据。
   1. 定义为__initdata后，内核在初始化完毕后，也会释放它们所占用的内存
      

模块卸载函数

通用示例如下

static void __exit cleanup_function(void)
{
    
}
module_exit(cleanup_function);

1. 模块卸载的时候执行，不返回任何值
2. 必须以module_exit(函数名)指定
3. 如果被__exit修饰的函数，在相关模块被编译进入了内核，那么被修饰的函数会被直接省略。
4. 只有退出阶段采用的数据也可以用__exitdata来修饰

模块参数

1. 定义一个模块参数：module_param(参数名,参数类型,参数读/写权限)
2. 在装载内核模块时，可以向模块传递参数：insmod/modprobe 模块名 参数名=参数值
   1. 不传递就使用默认值
   2. 如果模块是被编译进入了内核，也就是被内置，那么可以通过bootloader在bootargs里面设置模块名.参数名=值
3. 模块参数数组
   1. 定义一个模块参数数组：module_param_array(数组名,数组类型,数组长,参数读/写权限)
4. 模块加载后，/sys/module下将出现对应的目录
   1. 如果模块存在参数读/写权限不为0的模块参数，那么会出现parameters目录，且该目录下包含参数读/写权限不为0的模块参数文件节点
      1. 文件内容为参数的值
5. 逗号分隔输入的数组元素
   

导出符号（导出函数）

1. 内核符号表（函数表）文件：/proc/kallsyms
   1. 该文件记录了符号以及符号所在的内存地址
2. 导出函数到内核函数表中：
   1. EXPORT_SYMBOL(符号名/函数名)
   2. EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名/函数名)：仅仅适用于包含GPL许可权的模块
      

模块声明与描述

1. 声明模块的作者：MODULE_AUTHOR()
2. 声明模块的描述：MODULE_DESCRIPTION()
3. 声明模块的版本：MODULE_VERSION()
4. 声明模块的设备表：MODULE_DEVICE_TABLE()
5. 声明模块的别名：MODULE_ALIAS()
   

声明USB/PCI等设备驱动模块所支持的设备

static struct usb_device_id skel_table[] = {
    USB_DEVICE(USB_SKEL_VENDOR_ID,
    USB_SKEL_PRODUCT_ID)},
	{}
};
MODULE_DEVICE_TABLE(usb,skel_table)

模块使用计数

1. Linux 2.6以前，使用MOD_INC_USE_COUNT和MOD_DEC_USE_COUNT宏管理自己被使用的计数
2. Linux2.6以后，使用
   1. 2.6以后，为不同类型的设备定义了struct module * owner域
   2. try_module_get(dev->owner)：增加模块使用计数
   3. module_put(dev->owner)：减少模块使用计数
3. 使用这个主要是为了让设备在使用时，不被卸载。

模块的编译：简单的Makefile

KVERS = $(shell uname -r) #当前内核的版本

# Kernel modules
#哪一个模块
obj-m += book.o 

# Specify flags for the module compilation.
#EXTRA_CFLAGS=-g -O0 #开启这里得到包含调试信息的模块

build: kernel_modules

kernel_modules:
    	# 将模块扔到/lib/modules/$(KVERS)/build目录下去编译
    	# M=$(CURDIR) ： 模块在哪个目录，CURDIR为当前目录
        make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) modules

clean:
        make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) clean

注意，该Makefile得到的xxx.ko是只能在PC上运行，如果需要让xxx.ko能装载到ARM上，需要交叉编译内核源码，以及在Makefile中指定make所使用的交叉编译工具