drivers_day02

最新推荐文章于 2019-07-09 21:24:30 发布

玉露枫林

最新推荐文章于 2019-07-09 21:24:30 发布

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分类专栏：驱动编程

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本文介绍嵌入式Linux环境下内核模块的开发流程，包括模块的编译、加载及卸载方法，以及内核打印函数printk的使用技巧。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

回顾：

1.回顾嵌入式linux系统相关内容

2.linux系统分为用户空间和内核空间

用户空间：

CPU的工作模式为：USR（用户）模式，也是非特权模式

运行：应用程序，C库等

地址空间：4G虚拟地址空间，占前3G

地址范围：0x00000000~0xBFFFFFFF

不能直接访问硬件资源，不能访问内核空间地址

内核空间：

CPU工作模式：SVC（管理）模式，也是特权模式

设备驱动，网络协议栈，文件系统，进程管理，内存管理，平台相关，系统调用（open,close,read,write,mmap,fork...）

地址范围：0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF

能够访问任何资源

3.用户空间和内核空间进行通信必须通过系统调用~！

4.用户进程一旦陷入内核空间运行，内核会给进程分配一个内核栈（8K）？

5.了解和掌握linux内核的配置编译

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内核代码：helloworld.c

静态编译：将helloworld.c和zImage编译在一起

动态编译，模块化编译：将helloworld.c和zImage分开编译，将helloworld.c编译成对应的二进制文件，默认以ko结尾，例如helloworld.ko

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Day02

内核模块的动态编译：

内核编译借助Kconfig和Makefile,Kconfig和Makefile的选择关键看helloworld.c放置在哪个目录下，例如将helloworld.c放置在内核源码的drivers/char/

修改Kconfig：

vimdrivers/char/Kconfig,添加：

configHELLOWORLD

tristate "hello,world"

--help---

"this is my first kernel module"

注意：config HELLOWORLD最终生成的给Makefile使用的配置项：CONFIG_HELLOWORLD(才是Kconfig和Makefile连接的桥梁)

修改Makefile文件：

obj-$(COFNIG_HELLOWORLD)+= helloworld.o

每当make menuconfig进行配置时，如果选择为*

obj-y +=helloworld.o //静态编译

如果选择为M

obj-m +=helloworld.o //动态编译-》helloworld.ko

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一,内核编程

1.入口函数

如果需要驱动有一个入口函数，那么通过内核提供的宏函数进行修饰，告知内核驱动的入口函数

module_init(hellokernel_init);

入口函数的定义要求：

int hellokernel_init(void)

返回值：int型，如果入口函数正确执行，给内核返回0，否则返回负值；

入口函数正确执行了，内核模块才能加载到内核，否则加载失败！

参数：void

函数功能：向内核注册操作硬件的方法或者申请资源，例如分配内存

注意：一个驱动(.c)只能有一个入口函数

必须通过module_init来告诉内核这是入口函数！

什么时候被内核执行？

每当内核初始化（内核模块采用静态编译进zImage）或者动态加载驱动模块到内核时，内核会执行入口函数！

2.出口函数

如果驱动有必要添加一个出口函数，那么通过内核提供的宏函数进行修饰，告知内核驱动的出口函数

module_exit(hellokernel_exit);

出口函数的定义：

void hellokernel_exit(void)

参数，返回值：void

函数功能：一般和入口函数相对应，做些释放操作硬件方法和释放资源的工作，例如释放内存

注意：一个驱动(.c)只有一个出口函数

什么时候被内核执行？

系统复位或者动态将模块从内核卸载时，内核调用出口函数。

案例：编写第一个内核模块代码helloworld.c

驱动存放目录：/opt/drivers/day01,/opt/drivers/day02...

mkdir/opt/drivers/day01/1.0 -p

cd/opt/drivers/day01/1.0

vim helloworld.c

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3.内核模块代码编译（采用模块化编译）

明确:内核模块代码的编译必须使用内核源码，不能使用C库！

编写Makefile实现将helloworld.c的目录，源码和内核源码进行关联，就是告诉内核源码，还有一个内核模块的目录，不是在内核源码中，而是在/opt/drivers/day01

vim Makefile 内容如下：

obj-m +=helloworld.o

KDIR=/opt/kernel

all:

（TAB键）make -C $(KDIR)SUBDIRS=$(PWD) modules

#说明：-C表示指定到某个目录下，SUBDIRS表示子目录 modules表示模块化编译-》helloworld.ko

clean:

(TAB键) rm -fr .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions module* Module*

编译：

make //结果生成一个目标文件helloworld.ko

filehelloworld.ko //查看是否是针对ARM架构

注意：编译模块之前一定要先编译内核源码，还要在内核源码中进行对内核源码进行模块编译

实施步骤：

1.cd /opt/kernel

2.cpconfig_cw210...V1.0 .config

3.makemenuconfig //3个检查

4.make zImage

5.make modules//把内核源码中但凡选择为M的代码进行模块化编译

总结：每当进行模块化编译内核代码是，最后前期做好以上5步骤，只需做一次即可！

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内核模块的使用（helloworld.ko）：

linux系统提供了模块操作的相关命令：

insmod:模块加载命令，例如insmod helloworld.ko,就是将模块helloworld.ko动态加载到内核中，如果模块有入口函数，内核此时执行模块的入口函数，如果没有入口函数，没关系，不影响模块的加载！

lsmod:查看当前运行中的内核已经加载的模块，例如，lsmod列出当前已经加载了哪些模块

rmmod:从内核中动态删除指定的模块，例如rmmod helloworld,就是将模块helloworld从内核动态删除掉，如果模块有出口函数，内核执行此模块的出口函数。

modinfo：查看模块本身的信息，例如modinfo helloworld.ko

实验步骤：

1.cp/opt/drivers/day01/1.0/hellooworld.ko /opt/rootfs

在开发板上:

2.lsmod查看

2.加载insmod helloworld.ko

3.查看lsmod

4.卸载rmmod helloworld

5.modinfohelloworld.ko

问题：rmmod卸载模块失败，提示：

rmmod:chdir(/lib/modules):Nosuch file or dir...

问题的原因是制作rootfs时，busybox配置时，模块操作的命令都是选择的精简版本，最好使用完成版本，如果使用精简版本的模块命令，解决以上的问题的方法：

mkdir/lib/modules/2.6.35.7-Concenwit -p

如何将busybox配置添加完整版的模块操作命令：

cdbusybox-1.19.4

make menuconfig

Linux Module Utilities --->

[*] Simplified modutils //精简版本，如果选用完整版本，这个选项去掉！然后将一下信息全部选中！

[*] insmod [*] rmmod

[*] lsmod

[*] Pretty output

[*] modprobe [*] Blacklist support

[*] depmod

make

make install

cp _install/*/opt/rootfs -frd

问题：

~ # modinfohelloworld.ko

modinfo: can'topen '/lib/modules/2.6.35.7-Concenwit/modules.dep': No such file or directory

后续讲解！

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给内核模块添加相关信息：

1.给内核模块必须添加许可声明

MODULE_LICENSE(“GPL”);//告诉内核此模块遵循GPL协议

注意：以后写任何一个.c内核代码，都必须添加这么一句话！

2.给内核模块添加可选信息：

MODULE_AUTHOR(“tarena<40902560@qq.com>”);

MODULE_DESCRIPTION(“Hello Kernel module”);

MODULE_VERSION(“V1.0.0”);

3.查看以上模块信息通过modinfo来查看

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内核模块参数声明：

作用：像应用程序命令行传参一样，给程序传递参数信息./a.out 100 200.内核如果也需要给程序传递参数，需要使用内核模块参数声明来解决。

如果要对内核模块的某一个变量进行修改，必须要声明：

module_param(name,type,perm);

name:要修改的变量名

type:变量的数据类型，没有浮点数

perm：对变量的访问权限，如果权限非0，每当加载完模块以后，会在/sys/module(虚拟文件系统的目录，存在于内存中，不存在nfs的主机上或者flash上，并且与其他的根文件系统一样，在内存中还有一份)目录下生成一个跟模块名同名的目录，在这个目录下有一个parameters,在这个目录下会生成一个跟变量名同名的文件，以后通过修改这个文件，来修改这个变量的值；如果权限为0，不会有同名的文件生成，只能在insmod模块时才能对这个变量进行赋值！

实验步骤：

1.不传参

insmodhelloworld.ko

lsmod

rmmod helloworld

2.传参

insmod helloworld.ko irq=100pstr=tarena

lsmod

rmmod helloworld

3.修改文件来修改变量的内容

insmodhelloworld.ko irq=100 pstr=tarena

lsmod

ls /sys/module/helloworld/parameters/

cat /sys/module/helloworld/parameters/irq //读文件

echo 2000 > /sys/module/helloworld/parameters/irq //修改文件内容

rmmod helloworld//查看irq是否修改为2000

案例：把pstr的权限也给0664

数组的模块参数声明：

module_param_array(name,type,nump,perm);

作用：对数组进行模块参数声明，一旦声明，以后可以进行对数组传递参数

name:数组名

type:数据元素的数据类型

nump:记录有效的数组元素个数的指针

perm:访问权限

进行模块定义、实现的时候，只需定义一个变量，将它的地址给module_param_array的第三个参数即可！然后内核会自动根据有效的数组元素的个数给其赋值！

实验步骤：

insmodhelloworld.ko fish=10,20,30,40,50 //nr_fish=5

cat/sys/module/helloworld/parameters/fish

echo1,2,3,4,5,6,7,8 > /sys/module/helloworld/parameters/fish

rmmod helloworld

总结：虽然在进行模块参数声明的时候，如果给定了权限，那么就会在指定的目录下生成一个跟变量名同名的文件，修改文件即可对变量进行修改，这种方式虽然比较方便，灵活，但是这个文件存在于内存中，如果驱动有大量的这样代码，会造成内存的大量使用！如果没有需要在模块运行期间改变变量内容的需求，权限一律给0！如果权限为0，只能在insmod时修改！

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内核符号导出：

作用：将函数或者变量进行符号导出，让其他模块能够访问使用。

EXPORT_SYMBOL(函数名或者变量名);

EXPORT_SYMBOL_GPL（函数名或者变量名）；

前者导出的符号能够被任何模块使用，但是后者导出的符号只能被遵循GPL协议的模块使用！

案例：helloworld.c调用test_module.c的某个函数

调试宏：

__FUNCTION__,__func__,%s

__LINE__,%d

__FILE__,%s

__DATE__,%s

__TIME__,%s

内核多文件编译：

Makefile：

分别编译：

obj-m += A.o B.o

编译在一起：

obj-m += C.o //不能是A.o或者B.o

C-objs = A.o B.o

多文件模块加载：一定首先先加载依赖模块，例如A.ko调用B.ko的某个函数，那么A依赖B。先加载insmod B.ko，后加载insmod A.ko.卸载时，先卸载A，最后卸载依赖模块B。

总结：写任何.c文件，都要加MODULE_LICENSE("GPL");

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如果模块之间的依赖过于复杂，可以利用modprobe命令来加载或者卸载模块。例如.A.ko依赖B.ko，每当modprobe A.ko时，此命令根据modules.dep，先帮你加载B.ko,后加载A.ko.

modprobe命令使用步骤：

1.进入内核源码 cd /opt/kernel

make modules

2.回到驱动模块所在目录/opt/drivers/day02/3.0

2.修改Makefile，添加如下信息：

install:

make -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD)modules_install INSTALL_MOD_PATH=/opt/

#modules_install表示安装模块，主要是产生modules.dep依赖关系文件，然后将.ko拷贝到extra目录。

#INSTALL_MOD_PATH表示安装到那个目录下

#一旦执行make install安装模块时，最后在/opt目录生成一个lib目录，然后将lib目录的内容拷贝到/opt/rootfs/lib下

3.make //编译模块

4.make install//安装模块

5. cp /opt/lib/*/opt/rootfs/lib/ -frd

6.在开发板上进行加载：

modprobe helloworld.ko / modprobe helloworld

说明：modprobe默认到/lib/modules/2.6..../下找依赖文件modules.dep,根据依赖文件，决定先加载哪个模块！模块在/lib/modules/2.6..../extra

卸载：

modprobe -r helloworld

问题：

~ # modinfohelloworld.ko

modinfo: can'topen '/lib/modules/2.6.35.7-Concenwit/modules.dep': No such file or directory

通过以上步骤也能够解决掉！

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二：内核打印函数printk用法

1.printk能够指定输出打印级别（0~7）

2.printk打印输出信息要依赖默认的输出级别，printk函数在使用时，指定的输出级别如果小于默认的输出级别，信息一律打印，否则（大于等于）不打印！

3.设置默认的输出级别的方法：

方法1：通过修改配置文件

cat /proc/sys/kernel/printk

7(关注第一个，默认的输出级别为7) 4 1 7

echo 8 >/proc/sys/kernel/printk

缺点：无法设置内核启动时的打印信息

方法2：通过修改uboot的bootargs来实现,这种设置方法能够解决内核启动时的打印输出

setenv bootargsroot=/dev/nfs nfsroot=... quiet//设置默认的输出级别为4

boot //启动或者res（复位）

在u-boot下，boot为直接启动内核的命令，res复位从u-boot开始启动！

在内核下，reboot为重启系统命令，直接从u-boot开始启动，相当于复位！

（1）setenv bootargsroot=/dev/nfs nfsroot=... debug//设置的默认输出级别为10

save然后boot启动内核

setenv bootargsroot=/dev/nfs nfsroot=... loglevel=数字

如果不加这三个条件，则默认的输出级别为7，都可通过查看/proc/sys/kernel/printk来检查

Boot

案例：

static intprintall_init(void)

{

printk("<0>" "level 0\n");

printk("<1>" "level 1\n");

printk("<2>" "level2\n");

printk("<3>" "level3\n");

printk("<4>" "level4\n");

printk("<5>" "level5\n");

printk("<6>" "level6\n");

printk("<7>" "level7\n");

return 0;

}

输出级别与格式字符串之间，没有逗号，空格或者直接相连即可！

未指定优先级的默认级别定义在内核根目录下的/kernel/printk.c下，

本系统中在/opt/kernel/kernel/printk.c下，

#defineDEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4

总结：产品最终发布时，打印信息一律屏蔽，使用loglevle=0！产品软件研发阶段，使用debug来查看程序的运行状态

quiet 为4，debug为10，loglevel=数字（自己设置输出级别）

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

总结：

1.内核打印函数printk

默认的输出级别的设置，两种方法：（1）内核启动以后设置 /proc/sys/kernel/printk（2）设置u-boot的环境变量bootargs 添加quiet/debug/loglevel=数字

未指定输出级别的默认级别的设置在/kernel/printk.c下的宏 #defineDEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4