【嵌入式Linux内核驱动】内核模块三要素与验证测试

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原创 2023-05-27 18:47:29 1.7k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

嵌入式Linux内核模块开发实战：从Hello World到硬件驱动 内核模块是Linux内核的核心扩展机制，它允许在不重启系统或重新编译整个内核的情况下，动态地添加或移除功能。其工作原理在于，模块作为独立的可加载对象，通过预定义的接口与内核核心进行交互，从而扩展内核的功能或添加新的硬件驱动。这一机制的技术价值在于极大地提升了系统的灵活性和可维护性，使得硬件支持、文件系统、网络协议等功能的增删变得高效且风险可控。在嵌入式系统开发，尤其是基于特定SoC（如瑞萨RZ/G2L）的工业应用中，内核模块技术是实现深度硬件定制和功能迭代的关键。开发者通过掌握交叉编译、设备树配置和模块签名阅读详情

内核模块

Linux内核模块是一种可以动态加载和卸载的软件组件，用于扩展Linux操作系统的功能。Linux内核本身只包含了必要的核心功能，而内核模块则允许开发者在运行时向内核添加新的功能、驱动程序或文件系统支持，而无需重新编译整个内核或重新启动系统。

内核模块是一段独立的代码，可以被编译为共享目标文件，并且遵循Linux内核的特定接口和标准。它们可以通过加载器（如insmod或modprobe）动态地插入到内核中，并通过卸载器（如rmmod）从内核中移除。一旦加载到内核中，模块可以访问和修改内核的数据结构、函数和服务，以提供额外的功能或驱动支持。

内核模块在许多方面都非常有用。它们使得开发者可以通过加载适当的模块来添加硬件设备的支持，如网卡、声卡等。此外，内核模块还可以添加新的文件系统支持，以便访问特定的文件系统类型。开发者还可以使用内核模块扩展内核的功能，添加新的系统调用、网络协议或安全功能等。

使用内核模块的好处是可以减小内核的大小，并允许系统仅加载需要的模块，从而提高系统的性能和灵活性。内核模块也可以动态加载和卸载，使得系统可以根据需要动态地添加或删除功能，而无需重新启动。

NFS挂载

bootargs启动参数设置

root=/dev/nfs #指定rootfs所在的设备是NFS，也就是从NFS启动
nfsroot=192.168.9.119:/nfs/rootfs #指定nfs rootfs的位置（是在ip 是192.168.9.119的机器上的/nfs/rootfs目录下）.

注意/nfs/rootfs必须和前面NFS服务配置文件设置一致（见环境安装）
v3 #ubuntu 20.04，nfs版本的问题需在bootargs 里加v3
console=ttyS0,115200 #指定内核启动后串口信息从串口0输出，波特率115200
init=/linuxrc #指定第一个应用程序
ip=192.168.9.9 #需设置为板子u-boot自己的IP（通过pri ipaddr查看）

ext4load mmc 1:1 0x84000000 /boot/Image //读ext 文件系统中的 /boot/Image 到内存 0x84000000

//这个镜像是烧录在TF卡上的官方镜像

//fstype mmc 1:1 //查看emmc设备（flash) 1号设备的1号分区
ext4load mmc 1:1 83100000 /boot/tegra210-p3448-0002-p3449-0000-b00.dtb //和上面一个道理
booti 0x84000000 - 83100000 /*启动Image格式的内核 booti，

引导ARM64 kernel image----Image； bootz，

引导ARM kernel image----zImage； bootm，

引导u-boot自定义的kernel image----uImage。

# setenv bootargs  root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.9.119:/nfs/rootfs,v3 console=ttyS0,115200 init=/linuxrc ip=192.168.9.9
# setenv nfsboot ext4load mmc 1:1 0x84000000 /boot/Image \; ext4load mmc 1:1 83100000 /boot/tegra210-p3448-0002-p3449-0000-b00.dtb \; booti 0x84000000 - 83100000
# pri bootcmd /*备份原来的，方便恢复
   bootcmd=run distro_bootcmd
    */
# set bootcmd run nfsboot  
# saveenv
# run nfsboot  //能nfs挂载成功

内核三要素

module_init(led_init); //模块加载入口声明
module_exit(led_exit); //模块卸载入口声明
MODULE_LICENSE(“GPL”); //模块免费开源声明

//led.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

static int led_init(void)
{
    printk("led init yhai 1\n");
    return 0;
}

static void led_exit(void)
{
    printk("led exit\n");
}

module_init(led_init); //模块加载入口声明
module_exit(led_exit); //模块卸载入口声明
MODULE_LICENSE("GPL"); //模块免费开源声明
MODULE_AUTHOR("bbcen"); //模块作者声明(可选)

Makefile

KERNELDIR ?= ~/linux 第二行这里的目录要选一个已经编译过的内核目录
obj-m := led.o 这里的.o文件名要和.c的文件名一样

//Makefile
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= ~/linux 
PWD := $(shell pwd)

all:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions Module* modules* a.out 

else
    obj-m := led.o
endif

验证测试

SourceInsight编辑代码，cp到nfs目录编译生成ko文件插入内核

make的时候不要在共享文件夹，会报错，可以直接复制到nfs共享目录下编译

$ make              //编译生成 模块文件 led.ko
$ file led.ko       //查看一下格式，看编译的是 电脑的， 还是板子的（ARM)

# insmod led.ko     /*加载模块 
提示： loading out-of-tree module taints kernel    -> 提示内核污染，出问题时你自己驱动的问题，不是内核的问题。方便内核开放者排查 
可添加   MODULE_INFO(intree, "Y"); 去除提示，但最好别这样做                
                     */
# lsmod  /*查看已加载模块列表 -> 检测是否已加载
		等效于 cat /proc/modules
     */
# rmmod  led         //卸载模块     
  
# dmesg      //查看内核日志