linux内核驱动设备初始化执行过程(module_init执行过程)

Linux内核设备驱动初始化
本文解析了Linux内核版本2.6.18及以上的设备驱动初始化过程,包括start_kernel到do_initcalls的调用流程,以及module_init宏定义与实现细节。

(版本为2.6.18以上)
内核初始化设备驱动的过程:start_kernel()->rest_init()->do_basic_setup()->do_initcalls()
函数do_initcalls如下:
  for (call = __initcall_start; call < __initcall_end; call++) {//循环调用__initcall_start与__initcall_end之间函数
             .........
                 result = (*call)();
             .........
}
关于module_init的定义如下:
#define __define_initcall(level,fn) /
  90        static initcall_t __initcall_##fn __attribute_used__ /
  91        __attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

#define device_initcall(fn)             __define_initcall("6",fn)

#define __initcall(fn)    device_initcall(fn)

#define module_init(x)  __initcall(x);

文件linux/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S  中
__initcall_start = .;
  49                        *(.initcall1.init)
  50                        *(.initcall2.init)
  51                        *(.initcall3.init)
  52                        *(.initcall4.init)
  53                        *(.initcall5.init)
  54                        *(.initcall6.init)
  55                        *(.initcall7.init)
  56                __initcall_end = .;

【四轴飞行器】非线性三自由度四轴飞行器模拟器研究(Matlab代码实现)内容概要:本文围绕非线性三自由度四轴飞行器模拟器的研究展开,重点介绍了基于Matlab的建模与仿真方法。通过对四轴飞行器的动力学特性进行分析,构建了非线性状态空间模型,并实现了姿态与位置的动态模拟。研究涵盖了飞行器运动方程的建立、控制系统设计及数值仿真验证等环节,突出非线性系统的精确建模与仿真优势,有助于深入理解飞行器在复杂工况下的行为特征。此外,文中还提到了多种配套技术如PID控制、状态估计与路径规划等,展示了Matlab在航空航天仿真中的综合应用能力。; 适合人群:具备一定自动控制理论基础和Matlab编程能力的高校学生、科研人员及从事无人机系统开发的工程技术人员,尤其适合研究生及以上层次的研究者。; 使用场景及目标:①用于四轴飞行器控制系统的设计与验证,支持算法快速原型开发;②作为教学工具帮助理解非线性动力学系统建模与仿真过程;③支撑科研项目中对飞行器姿态控制、轨迹跟踪等问题的深入研究; 阅读建议:建议读者结合文中提供的Matlab代码进行实践操作,重点关注动力学建模与控制模块的实现细节,同时可延伸学习文档中提及的PID控制、状态估计等相关技术内容,以全面提升系统仿真与分析能力。
<think>我们正在讨论的是Linux内核设备驱动初始化机制,特别是`module_init`宏的作用和它在初始化级别中的位置。根据引用[2],内核初始化分为不同的级别(0到7),每个级别对应一组初始化函数。`module_init`用于将驱动初始化函数注册到其中一个级别(通常是第6级或第7级,即设备驱动初始化级别)。 引用[4]指出,`module_init`宏用于声明模块的初始化函数,当模块被加载时(通过`insmod`或动态加载),该函数会被调用。对于静态编译进内核的模块,这些初始化函数会在内核启动过程中被调用。 根据引用[2]中的代码片段,内核在`do_initcalls`函数中按顺序(从0到7)执行各个级别的初始化函数。这些级别的函数指针被存储在`initcall_levels`数组中,每个级别对应一个段(section),这些段在链接脚本中定义。 因此,`module_init`的作用是将驱动初始化函数放置到特定的初始化级别段中,以便在内核启动时按顺序调用。 具体来说,`module_init`根据驱动是编译为模块还是静态编译进内核,有不同的行为: 1. 当驱动编译为模块(动态加载)时,`module_init`定义的函数会在模块被`insmod`加载时调用。 2. 当驱动静态编译进内核时,`module_init`会将初始化函数放入一个特定的初始化调用段(如`.initcall6.init`),这样在内核启动过程中,在对应的初始化级别(例如第6级)就会调用这个函数。 在引用[2]中,我们看到初始化级别从0到7,其中第2级是设备驱动初始化设备树解析和设备驱动注册),第6级是虚拟化和网络初始化。实际上,`module_init`默认将函数放在哪个级别呢?根据内核源码,`module_init`对应的级别是`device_initcall`(即第6级)。但是,我们也可以使用其他宏(如`early_initcall`)来将函数放在更早的级别。 总结: 1. `module_init`宏用于定义驱动模块的初始化函数。 2. 对于静态编译进内核驱动,其初始化函数被放在第6级(即`device_initcall`级别)的初始化段中,在系统启动过程中,当执行到第6级初始化时,这些函数将被调用。 3. 对于动态加载的模块,初始化函数在模块加载时被调用(通过`insmod`或`modprobe`),此时并不在内核启动序列中,因此不受初始化级别的影响。 注意:内核中还有其他的初始化宏,如`subsys_initcall`(第4级)等,用于不同子系统的初始化。 因此,回答用户的问题:`module_init`在设备驱动初始化中的作用是注册驱动初始化函数,其级别通常为第6级(即`device_initcall`级别),在系统启动过程中,该级别的初始化函数会在内核初始化序列的相应阶段被调用。 下面我们按照要求组织答案:</think>### `module_init` 在 Linux 设备驱动初始化中的作用和级别 `module_init` 是 Linux 设备驱动初始化的核心机制,其作用是将驱动初始化函数注册到内核初始化序列中。以下是详细说明: --- ### **1. 核心作用** - **驱动入口点注册** 声明驱动加载时需要执行初始化函数(如资源分配、设备注册、硬件配置等)。 - **静态/动态分离** - **静态编译进内核**:函数被编译到特定内存段(如`.initcall6.init`),在内核启动时自动执行 - **动态模块加载**:通过`insmod`加载模块时执行注册的函数 - **层级化管理** 通过不同宏实现初始化优先级控制(见下文级别说明) --- ### **2. 初始化级别机制** 内核初始化分为 7 个优先级(0 最高 → 6 最低),通过不同宏控制执行顺序[^2]: ```c /* 内核源码: init/main.c */ static initcall_t *initcall_levels[] = { __initcall0_start, // 系统级初始化 (内存管理/硬件基础) __initcall1_start, // CPU/内存/中断控制器 __initcall2_start, // 设备树解析 & 驱动注册 ★ __initcall3_start, // 文件系统初始化 __initcall4_start, // 进程0 (idle进程) __initcall5_start, // 用户空间初始化 (udev/sysfs) __initcall6_start, // 虚拟化/网络设备 ★ __initcall7_start }; ``` **`module_init` 的默认级别**: ▸ 对应宏 `device_initcall`,位于 **第 6 级**(`__initcall6_start`段)[^4] ▸ 典型场景:普通外设驱动(如 USB、网卡、声卡) --- ### **3. 与其他初始化宏的关系** | 宏 | 级别 | 典型用途 | 内存段 | |--------------------|--------|------------------------------|-------------------| | `early_initcall` | 0 | 关键硬件初始化 (如 PCI 控制器) | `.initcall0.init` | | `core_initcall` | 1 | 核心子系统 | `.initcall1.init` | | `postcore_initcall`| 2 | 依赖核心的子系统 | `.initcall2.init` | | **`device_initcall`** | **6** | **普通设备驱动 (默认)** | `.initcall6.init` | | `late_initcall` | 7 | 低优先级驱动 | `.initcall7.init` | > **注**:`module_init(fn)` 等价于 `device_initcall(fn)`,除非显式指定更高优先级[^4]。 --- ### **4. 执行流程** #### **静态编译进内核** ```mermaid graph TD A[start_kernel] --> B[do_initcalls] B --> C[遍历 initcall_levels[0]~[7]] C --> D[执行 __initcall6_start 段] D --> E[驱动初始化函数] ``` - 在 `do_initcalls()` 阶段按级别顺序执行 - 执行后内存段**不会被释放**(需在关机/重启时调用退出函数)[^3] #### **动态模块加载** ```mermaid graph LR F[insmod/modprobe] --> G[加载.ko文件] G --> H[执行module_init注册的函数] ``` --- ### **5. 典型代码示例** ```c #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> static int __init mydriver_init(void) { printk(KERN_INFO "驱动初始化\n"); // 1. 注册设备 // 2. 申请内存/中断 // 3. 硬件初始化 return 0; } static void __exit mydriver_exit(void) { printk(KERN_INFO "驱动卸载\n"); // 释放资源 } module_init(mydriver_init); // 默认注册到级别6 module_exit(mydriver_exit); ``` - `__init` 标记的函数会被放入 `.init.text` 段(执行后自动释放内存) - 初始化失败时应返回错误码(如 `-ENOMEM`)[^4] --- ### **6. 设计意义** 1. **解耦机制** 驱动开发者无需关心初始化顺序,内核按优先级自动调度 2. **内存优化** 初始化代码执行后通过 `free_initmem()` 释放(`.init` 段)[^3] 3. **安全隔离** 错误驱动的崩溃不会影响更高级别的核心初始化 > **关键原则**:驱动初始化函数应尽量简单,避免阻塞操作,复杂任务移交到用户空间[^4]。 --- ### 相关问题 1. **如何提升驱动初始化优先级?** > 使用 `early_initcall()` 替代 `module_init()` 可将驱动提至级别0[^2]。 2. **驱动初始化失败会产生什么后果?** > 内核标记驱动状态,动态模块会卸载;静态编译时可能导致设备不可用(但不会崩溃系统)[^4]。 3. **为什么设备驱动默认放在第6级?** > 确保核心子系统(内存/CPU/文件系统)先初始化完成,为驱动提供稳定环境[^2]。 4. **module_init 和 subsys_initcall 有何区别?** > `subsys_initcall`(级别4)用于子系统初始化,`module_init`(级别6)用于具体设备驱动[^2]。 5. **如何调试驱动初始化问题?** > 启用内核参数 `initcall_debug`,通过 `dmesg` 查看初始化顺序和耗时[^2]。 [^1]: `module_init` 实现驱动初始化的层级化调度 [^2]: 内核初始化级别通过 `initcall_levels[]` 数组实现优先级控制 [^3]: 静态编译驱动的退出函数不会被 `free_initmem()` 释放 [^4]: `module_init`/`module_exit` 是动态模块和静态驱动的统一接口
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