一.认识Linux内核编程
1. Linux是"单块内核"的操作系统，这是说整个系统内核都运行于一个单独的保护域中，但是linux内 核是模块化组成的，它允许内核在运行时动态地向其中插入或从中删除代码。模块允许我们方便地删除和重新载入内核代码；
2，内核编程的特殊性：
A.内核编程与传统应用程序编程方式很大不同的是并发问题.大部分应用程序是一个明显的例外, 典型地是顺序运行的, 从头至尾, 不必要担心其他事情会发生而改变它们的 环境. 内核代码没有运行在这样的简单世界中, 即便最简单的内核模块必须在这样的概念下编 写, 很多事情可能马上发生.
B.我们并不能在编写内核驱动模块时调用glibc提供的一些函 数，如printf()、malloc()等。这时我们需要调用Linux内核里定义的相应函数，如printk()、 kmalloc()等；
C.应用程序存在于虚拟内存中, 有一个非常大的堆栈区和堆栈, 而内核相反, 他只有一个非常小的 堆栈; 它可能小到一个, 4096 字节的页. 你的函数必须与整个内核空间调用链共享这个堆栈. 因 此, 如果你需要存储一个较大的结构时, 你应当在调用时间内动态分配。
D.我们在编写应用程序时，如果指针出错 只会导致本进程退出而不会影响其他进程；而如果在写Linux内核模块时出现非法地址访问则 会导致整个系统死掉；所以编写内核代码时需要异常小心；
E.当你查看内核 API 时, 你会遇到以双下划线(__)开始的函数名. 这样标志的函数名通常是 一个低层的接口组件, 应当小心使用.
二.hello内核模块
1.编写hello模块
[a4729821@JYstd driver]$ vim kernel_hello.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
static __init int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "HELLO, lingyun IoT Studio!\n");
return 0;
}
static __exit void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Goodbye, I have found a good job!\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
代码分析:
1._init 属性：linux内核中很大一部分是驱动函数，这些函数只需要执行一次。linux对于只需要执行一次的函数前都会加上 _init属性。
目的是将驱动模块的初始化函数放入名叫.init.text的输入段。当内核启动完毕后，这个段中的内存会被释放掉供其他使用。
2._exit属性：如果驱动被编译进内核，则__exit宏会忽略清理函数，因为编译进内核的模块不需要做清理工作。
3.module_init宏：几乎每个linux驱动都有个module_init，其定义在linux/Init.h 中。驱动的加载就靠它。module_init(hello_init)表示将 hello_init()函数加载到内核映像的".initcall"区，内核加载的时候，会按优先级搜索".initcall"中所有的函数并依次执行。
4.module_exit宏：同样定义在 /linux/init.h 中，在使用rmmod命令卸载驱动的时候会调用该函数。
5.printk()函数：在驱动里面打印信息用printk()函数。
三.在pc上测试模块
[a4729821@JYstd driver]$ mkdir x86
[a4729821@JYstd x86]$ vim Makefile
+ Makefile
1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 obj-m := kernel_hello.o
4
5 modules:
6 $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules
7 @make clear
8
9 clear:
10 @rm -f *.o *.cmd *.mod.c
11 @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.
order -f
12 @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d
13 @rm -f *.unsigned
14
15 clean:
16 @rm -f hello.ko
17
18
dmesg查看Linux内核的打印信息，dmesg -c将会清除之前Linux内核的打印信息
[a4729821@JYstd x86]$ sudo dmesg
Initializing cgroup subsys cpuset
Initializing cgroup subsys cpu
Linux version 2.6.32-696.el6.x86_64 (mockbuild@c1bm.rdu2.centos.org) (gcc version 4.4.7 20120313 (Red Hat 4.4.7-18) (GCC) ) #1 SMP Tue Mar 21 19:29:05 UTC 2017
Command line: ro root=UUID=ef8d9755-a3ab-442b-84a7-a99d713b6336 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
KERNEL supported cpus:
Intel GenuineIntel
AMD AuthenticAMD
Centaur CentaurHauls
Disabled fast string operations
BIOS-provided physical RAM map:
BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009ec00 (usable)
BIOS-e820: 000000000009ec00 - 00000000000a0000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000000dc000 - 0000000000100000 (reserved)
BIOS-e820: 0000000000100000 - 000000007fee0000 (usable)
BIOS-e820: 000000007fee0000 - 000000007feff000 (ACPI data)
BIOS-e820: 000000007feff000 - 000000007ff00000 (ACPI NVS)
BIOS-e820: 000000007ff00000 - 0000000080000000 (usable)
BIOS-e820: 00000000f0000000 - 00000000f8000000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fec00000 - 00000000fec10000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fee00000 - 00000000fee01000 (reserved)
BIOS-e820: 00000000fffe0000 - 0000000100000000 (reserved)
************
[a4729821@JYstd x86]$ sudo insmod kernel_hello.ko //安装Linux内核模块，并查看内核的打印信息：
[a4729821@JYstd x86]$ dmesg
HELLO, lingyun IoT Studio!
[a4729821@JYstd x86]$ sudo lsmod | grep kernel_hello. //lsmod命令查看当前linux内核安装了的内核模块
kernel_hello 891 0
[a4729821@JYstd x86]$ sudo rmmod kernel_hello //rmmod将会删除linux内核安装了的内核模块
[a4729821@JYstd x86]$ dmesg
HELLO, lingyun IoT Studio!
Goodbye, I have found a good job!
四。在ARM 上测试内核模块
[a4729821@JYstd driver]$ vim makefile
1 LINUX_SRC = ${shell pwd}/../linux/linux-3.0/
2 CROSS_COMPILE=/opt/xtools/arm920t/bin/arm-linux-
3 INST_PATH=/tftp
4 PWD := $(shell pwd)
+ makefile
5 EXTRA_CFLAGS+=-DMODULE
6 obj-m += kernel_hello.o
7
8 modules:
9 @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules
10 @make clear
11
12 uninstall:
13 rm -f ${INST_PATH}/*.ko
14
15 install: uninstall
16 cp -af *.ko ${INST_PATH}
17
18 clear:
19 @rm -f *.o *.cmd *.mod.c
20 @rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.order -f
1 @rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d
22
23 clean: clear
24 @rm -f *.ko
[4729821@JYstd driver]$ make
关于Makefile 文件说明
1，LINUX_SRC 应该指定开发板所运行的Linux内核源码的路径，并且这个linux内核源码必须make menuconfig并且make过的，因为Linux内核的一个模块可能依赖另外一个模块，如果另外一个没有 编译则会出现问题。所以Linux内核必须编译过，这样才能确认这种依赖关系；
2， 交叉编译器必须使用 CROSS_COMPILE 变量指定；
3， 如果编译Linux内核需要其它的一些编译选项，那可以使用 EXTRA_CFLAGS 参数来指定；
4， obj-m += kernel_hello.o 该行告诉Makefile要将 kernel_hello.c 源码编译生成内核模块文件 kernel_hello.ko ；
5， @make -C $(LINUX_SRC) M=$(PWD) modules @ make是不打印这个命令本身 -C：把工作 目录切换到-C后面指定的参数目录，M是Linux内核源码Makefile里面的一个变量，作用是回到当前 目录继续读取Makefile。当使用make命令编译内核驱动模块时，将会进入到 KERNEL_SRC 指定的 Linux内核源码中去编译，并在当前目录下生成很多临时文件以及驱动模块文件kernel_hello.ko；
6， clear 目标将编译linux内核过着产生的一些临时文件全部删掉；
开发板测试:
~ >: tftp -gr kernel_hello.ko 192.168.1.8
tftp: sendto: Network is unreachable
开发板与PC网络通信没有建立
原因有：
PC网络IP没有设置对，与开发板不处于一个网端中
~ >: ifconfig
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 06:2F:5F:90:A4:68
inet addr:192.168.2.10 Bcast:192.168.2.255 Mask:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:1624 (1.5 KiB) TX bytes:0 (0.0 B)
Interrupt:51 Base address:0x2300
重新修改PC的IP 与命令
~ >: tftp -gr kernel_hello.ko 192.168.2.55
kernel_hello.ko 100% |*******************************| 23718 0:00:00 ETA
~ >: lsmod
~ >: insmod kernel_hello.ko
HELLO, lingyun IoT Studio!
~ >: lsmod
kernel_hello 561 0 - Live 0xbf000000
~ >: rmmod kernel_hello
Goodbye, I have found a good job!
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