Android 6.0中添加硬件驱动程序

最新推荐文章于 2025-06-09 11:36:37 发布

20250717

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本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/fantasy_wxe/article/details/52014301

本文介绍如何在Android内核中新增一个名为freg的简单驱动程序。该驱动包含了一个寄存器val，可通过/proc和/sys接口进行读写操作。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. Android Kernel下载

下载kernel内核

git clone https://android.googlesource.com/kernel/goldfish.git

参考： https://source.android.com/source/building-kernels.html

下载完，通过如下命令查看，有如下的代码分支

$ git branch -a

如果要在emulator虚拟机上运行，需要选择android-goldfish-3.4

其他的比较新的kernel版本不支持emulator上执行

然后通过如下命令checkout需要的分支代码

$ git checkout remotes/origin/android-goldfish-3.4

2. Android kernel编译

参考：http://blog.youkuaiyun.com/fantasy_wxe/article/details/9097797

3. 新增驱动

在kernel/goldfish/drivers目录下新建一个freg目录，并在freg目录下新建如下四个文件

freg/
├── freg.c
├── freg.h
├── Kconfig
└── Makefile

freg.h和freg.c是源代码文件， Kconfig是编译选项配置文件，Makefile是编译脚本文件。

freg.h代码

/*************************************************************************
* 文件: freg.h
* 作者: fantasy
* 邮箱: fantasy@gmail.com 
* 创建时间: 2016年07月20日 星期三 19时42分26秒
*************************************************************************/

#ifndef _FAKE_REG_H_
#define _FAKE_REG_H_

#include <linux/cdev.h>
#include <linux/semaphore.h>

#define FREG_DEVICE_NODE_NAME "freg"
#define FREG_DEVICE_FILE_NAME "freg"
#define FREG_DEVICE_PROC_NAME "freg"
#define FREG_DEVICE_CLASS_NAME "freg"

struct fake_reg_dev{
    int val;
    struct semaphore sem;
    struct cdev dev;
};

#endif

freg.c文件

/*************************************************************************
* 文件: freg.c
* 作者: fantasy
* 邮箱: fantasy@gmail.com 
* 创建时间: 2016年07月20日 星期三 19时46分05秒
*************************************************************************/

#ifndef _FAKE_REG_C_
#define _FAKE_REG_C_

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include "freg.h"

/* 主设备号和从设备号变量 */
static int freg_major = 0;
static int freg_minor = 0;

/* 设备类别和设备变量 */
static struct class *freg_class = NULL;
static struct fake_reg_dev *freg_dev = NULL;

/* 传统设备文件操作方法 */
static int freg_open(struct inode *inode, struct file *filp);
static int freg_release(struct inode *inode, struct file *filp);
static ssize_t freg_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);
static ssize_t freg_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos);

/* 传统的设备文件操作方法表 */
static struct file_operations freg_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = freg_open,
    .release = freg_release,
    .read  = freg_read,
    .write = freg_write,
};

/* devfs 文件系统的设备属性操作方法 */
static ssize_t freg_val_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf);
static ssize_t freg_val_store(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count);

/* devfs文件系统的设备属性 */
static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, freg_val_show, freg_val_store);

/* 打开设备方法 */
static int freg_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct fake_reg_dev *dev;
    
    /* 将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中， 以便访问设备时可以直接拿来用 */
    dev = container_of(inode->i_cdev, struct fake_reg_dev, dev);
    filp->private_data = dev;

    return 0;
}

/* 设备文件释放时调用，空实现 */
static int freg_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

/* 读取设备的寄存器val值 */
static ssize_t freg_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    ssize_t err = 0;
    struct fake_reg_dev *dev = filp->private_data;

    /* 同步访问 */
    if (down_interruptible(&(dev->sem)))
    {
        return -ERESTARTSYS;
    }

    if (count < sizeof(dev->val))
    {
        goto out;
    }

    /* 将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区中 */
    if (copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val)))
    {
        err = -EFAULT;
        goto out;
    }

    err = sizeof(dev->val);
out:
    up(&(dev->sem));
    return err;
}

/* 写设备的寄存器val的值 */
static ssize_t freg_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    struct fake_reg_dev *dev = filp->private_data;
    ssize_t err = 0;

    /* 同步访问 */
    if (down_interruptible(&(dev->sem)))
    {
        return -ERESTARTSYS;
    }
    
    if (count != sizeof(dev->val))
    {
        goto out;       
    }

    /* 将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器中 */
    if (copy_from_user(&(dev->val), buf, count))
    {
        err = -EFAULT;
        goto out;
    }

    err = sizeof(dev->val);
out:
    up(&(dev->sem));
    return err;
}

/******************************************************************************/
/* 将寄存器val的值读取到缓冲区buf中, 内部使用 */
static ssize_t __freg_get_val(struct fake_reg_dev *dev, char *buf)
{
    int val = 0;
 
    /* 同步访问 */
    if (down_interruptible(&(dev->sem)))
    {
        return -ERESTARTSYS;
    }
    
    val = dev->val;
    up(&(dev->sem));

    return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val);
}

/* 把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中, 内部使用 */
static ssize_t __freg_set_val(struct fake_reg_dev *dev, const char* buf, size_t count)
{
    int val = 0;

    /* 将字符串转换为数字 */
    val = simple_strtol(buf, NULL, 10);

    /* 同步访问 */
    if (down_interruptible(&(dev->sem)))
    {
        return -ERESTARTSYS;
    }

    dev->val = val;
    up(&(dev->sem));

    return count;
}

/* 读设备属性val值 */
static ssize_t freg_val_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    struct fake_reg_dev *hdev = (struct fake_reg_dev*)dev_get_drvdata(dev);

    return __freg_get_val(hdev, buf);
}

static ssize_t freg_val_store(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{
    struct fake_reg_dev *hdev = (struct fake_reg_dev*)dev_get_drvdata(dev);

    return __freg_set_val(hdev, buf, count);
}

/******************************************************************************/
/* 读取设备寄存器val的值，保存到page缓冲区中 */
static ssize_t freg_proc_read(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)
{
    if (off > 0)
    {
        *eof = 1;
        return 0;
    }

    return __freg_get_val(freg_dev, page);
}

/* 把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中 */
static ssize_t freg_proc_write(struct file *filp, const char __user *buff, unsigned long len, void *data)
{
    int err = 0;
    char *page = NULL;

    if (len > PAGE_SIZE)
    {
        printk(KERN_ALERT"The buff is too large: %lu.\n", len);
        return -EFAULT;
    }

    page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
    if (!page)
    {
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n");
        return -ENOMEM;
    }

    /* 先把用户提供的缓冲区的值拷贝到内核缓冲区中 */
    if (copy_from_user(page, buff, len))
    {
        printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n");
        err = -EFAULT;
        goto out;
    }

    err = __freg_set_val(freg_dev, page, len);

out:
    free_page((unsigned long)page);
    return err;
}

/* 创建/proc/freg 文件 */
static void freg_create_proc(void)
{
    struct proc_dir_entry *entry;

    entry = create_proc_entry(FREG_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL);
    if (entry)
    {
        //entry->owner = THIS_MODULE;
        entry->read_proc = freg_proc_read;
        entry->write_proc = freg_proc_write;
    }
}

/* 删除/proc/freg文件 */
static void freg_remove_proc(void)
{
    remove_proc_entry(FREG_DEVICE_PROC_NAME, NULL);
}

/******************************************************************************/
/* 初始化设备 */
static int __freg_setup_dev(struct fake_reg_dev *dev)
{
    int err;

    dev_t devno = MKDEV(freg_major, freg_minor);

    memset(dev, 0, sizeof(struct fake_reg_dev));

    /* 初始化字符设备 */
    cdev_init(&(dev->dev), &freg_fops);
    dev->dev.owner = THIS_MODULE;
    dev->dev.ops   = &freg_fops;

    /* 注册设备字符 */
    err = cdev_add(&(dev->dev), devno, 1);
    if (err)
    {
        return err;
    }

    /* 初始化信号量和寄存器val的值 */
    //init_MUTEX(&(dev->sem)); /* 最新内核被废弃 */
    sema_init(&(dev->sem), 1);
    dev->val = 0;

    return 0;
}

/* 模块加载方法 */
static int __init freg_init(void)
{
    int err = -1;
    dev_t dev = 0;
    struct device *tmp = NULL;

    printk(KERN_ALERT"Initializing freg device.\n");

    /* 动态分配主设备号和从设备号 */
    err = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, FREG_DEVICE_NODE_NAME);
    if (err < 0)
    {
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc char dev region.\n");
        goto fail;
    }

    freg_major = MAJOR(dev);
    freg_minor = MINOR(dev);

    /* 分配freg设备结构体 */
    freg_dev = kmalloc(sizeof(struct fake_reg_dev), GFP_KERNEL);
    if (!freg_dev)
    {
        err = -ENOMEM;
        printk(KERN_ALERT"Failed to alloc freg device.\n");
        goto unregister;
    }

    /* 初始化设备 */
    err = __freg_setup_dev(freg_dev);
    if (err)
    {
        printk(KERN_ALERT"Failed to setup freg device : %d.\n", err);
        goto cleanup;
    }

    /* 在/sys/class/目录下创建设备类别目录freg */
    freg_class = class_create(THIS_MODULE, FREG_DEVICE_CLASS_NAME);
    if (IS_ERR(freg_class))
    {
        err = PTR_ERR(freg_class);
        printk(KERN_ALERT"Failed to create freg device class.\n");
        goto destroy_cdev;
    }

    /* 在/dev/目录和/sys/class/freg目录下分别创建设备文件freg */
    tmp = device_create(freg_class, NULL, dev, NULL, "%s", FREG_DEVICE_FILE_NAME);
    if (IS_ERR(tmp))
    {
        err = PTR_ERR(tmp);
        printk(KERN_ALERT"Failed to create freg device.\n");
        goto destroy_class;
    }

    /* 在/sys/class/freg/freg目录下创建属性文件val */
    err = device_create_file(tmp, &dev_attr_val);
    if (err < 0)
    {
        printk(KERN_ALERT"Failed to create attribute val of freg device.\n");
        goto destroy_device;
    }

    dev_set_drvdata(tmp, freg_dev);

    /* 创建/proc/freg文件 */
    freg_create_proc();

    printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize freg device.\n");

    return 0;

destroy_device:
    device_destroy(freg_class, dev);
destroy_class:
    class_destroy(freg_class);
destroy_cdev:
    cdev_del(&(freg_dev->dev));
cleanup:
    kfree(freg_dev);
unregister:
    unregister_chrdev_region(MKDEV(freg_major, freg_minor), 1);
fail:
    return err;
}

static void __exit freg_exit(void)
{
    dev_t devno = MKDEV(freg_major, freg_minor);

    printk(KERN_ALERT"Destroy freg device.\n");

    /* 删除/proc/freg文件 */
    freg_remove_proc();
    
    /* 销毁设备类别和设备 */
    if (freg_class)
    {
        device_destroy(freg_class, MKDEV(freg_major, freg_minor));
        class_destroy(freg_class);
    }

    /* 删除字符设备和释放设备内存 */
    if (freg_dev)
    {
        cdev_del(&(freg_dev->dev));
        kfree(freg_dev);
    }

    /* 释放设备号资源 */
    unregister_chrdev_region(devno, 1);
}

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("Fake Register Driver");

module_init(freg_init);
module_exit(freg_exit);

#endif

Kconfig文件

config FREG
    tristate "Fake Register Driver"
    default n
    help
    This is the freg driver for android system

Makefile文件

obj-$(CONFIG_FREG) += freg.o

修改drivers目录下的Kconfig和Makefile

在drivers目录下的Kconfig文件的menu ... endmenu中添加source "drivers/freg/Kconfig"

menu "Device Drivers"
......
source "drivers/freg/Kconfig"
......
endmenu

在drivers目录下的Makefile文件中添加

# add freg drivers
obj-$(CONFIG_FREG) += freg/

这样，在kernel的根目录下执行make menuconfig时，就出现选择Fake Register Driver选项，如下图

接着执行make重新编译内核即可。

运行emulator来运行编译生成的内核

$ emulator -kernel kernel/goldfish/arch/arm/boot/zImage &

通过adb shell来验证写的驱动能否正常工作

通过/proc接口读写驱动值

cat freg命令：输出freg中val值

echo '5' > freg：把值写入freg中val。

通过/sys/class/freg接口读写驱动值

参考

1. 《Android系统源代码情景分析》第2.1节