基于Linux的驱动开发：内核模块传参、内核到处符号表、字符设备驱动

news2024/11/16 15:35:32

内核模块传参

        内核模块：

                int a , b;

        安装内核模块时：insmod demo.ko a = 100 b =10;

1.内核模块传参的意义

        在安装内核模块时给内核模块中的变量进行数值传递，这样可以让我们的内核模块向上兼容更为复杂的应用程序，向下适配多种硬件

2.内核模块传参相关API

        1.函数原型：module_param(name, type, perm)

        功能： 声明可以进行内核模块传参的变量

        参数：name : 变量名

                   type：要传参的数值类型---》byte(传递char), hexint(16进制的int)、short 、int、uint、long、ulong、charp(传递字符指针)、bool(0/1 y/n Y/N) 

                   perm：文件权限，通过module_param声明了要传参的变量，那么在sys/module/当前模块/parameters/下会生成一个以当前变量为名的文件，文件的权限为perm指定的权限，文件内容为变量的值

        注：通过modinfo查看您当前内核模块可以进行命令行传参的变量有哪些

        2.函数原型：MODULE_PARM_DESC(_parm, desc)

        功能：添加要传参的变量的描述，这个描述也可以通过modinfo查看

        参数：_parm :传参的变量名

                  desc：添加的描述

        注：给char类型的变量传参时，需要传递对应的ASCII十进制形式

                给字符指针传递字符串时，字符串不可以有空格，若有空格，空格前的被当作参数传递给变量，后面的会被认为时一个不认识的变量

示例代码 

内核导出符号表

 

1.导出符号表的意义

到处符号表可以让不同模块之间实现资源的相互访问 ，比如模块2想要访问模块1的资源，只需将模块1资源的符号表导出给模块2，此时，模块2就可以访问模块1的资源了

2.导出符号表的相关API

EXPORT_SYMBOL(变量名|函数名)

或者

EXPORT_SYMBOL_CPL(变量名|函数名)

3.导出符号表测试实例

3.1编写代码

定义demo1.c,完成函数的定义

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
int add(int i,int j)
{
    return i+j;
}
//生成add的符号表文件
EXPORT_SYMBOL(add);
static int __init mycdev_init(void)
{
    
    return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{


}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

 定义dem2.c,完成调用demo1.c中的函数

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

extern int add(int i,int j);
static int __init mycdev_init(void)
{
    printk("调用模块1函数执行结果为：%d",add(3,5));
    return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{


}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

3.2编译

先编译demo1.c将生成的符号表文件Module.symvers复制到demo2的路径下再编译demo2.c

此时通过modinifo查看demo2.ko，显示demo2依赖于demo1

注意 ：在高版本的内核中不支持符号表文件直接复制，不然编译报未定义错误

解决办法：在demo2的Makefile中加上demo1符号表的文件路径3.3安装流程

先安装demo1，再安装demo2

3.4卸载

先卸载demo2,再卸载demo1

字符设备驱动

1.字符设备驱动的定义

字符设备是以字节流的形式进行顺序访问的设备，针对字节设备设计的驱动框架叫做字符设备驱动。当前市面上绝大多数的设备都属于字符设备，比如键盘、鼠标、摄像头...

2.字符设备驱动的框架

1.当在内核中注册一个字符设备驱动后会得到驱动对应的设备号，设备号是设备的唯一标识。设备号分为主设备号和次设备号，主设备号（高12位）：用来标识一类设备 ，此设备号（低20位）：用来标识这一类中的某一个设备。设备号=主设备号<<20 | 次设备号

2.根据设备号可以通过某种方式在文件系统中创建设备文件，相当于通过设备号将设备文件和驱动绑定

3.当设备文件被创建后，应用程序中调用 open() | read() | write() | close()

4.调用以上函数时，驱动中对应的操作应用方法会被回调

5.在驱动的操作方法中完成硬件的控制

3.字符设备驱动的注册和注销

3.1相关API 

头文件：#include <linux/fs.h>

注册字符设备驱动

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)

功能：实现字符设备驱动的注册，一次申请256个设备的资源（0-255个此设备号）

参数：major：主设备号

                >0 静态指定主设备号

                =0 动态申请主设备号

           name：注册得到的驱动名字

           fops：操作方法结构体指针，指向操作方法结构体变量

返回值：

        失败返回错误码

        成功：若major>0，则返回申请得到主设备号

                   若major=0，则返回0

操作方法结构体，用于保存和管理驱动的各自操作方法

struct file_operations {

        int (*open) (struct inode *, struct file *);

        ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);

        ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

        int (*release) (struct inode *, struct file *);

};

注销字符设备驱动

void unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)

功能：实现字符设备驱动的注销

参数：major：驱动对应的主设备号

           name：注册时填写的驱动号

返回值：无

3.2字符设备驱动注册实例

1.编写代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
unsigned int major;
// 封装操作方法，这些操作方法在应用层进行系统调用时被回调
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char *ubuf, size_t size, loff_t *lof)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char *ubuf, size_t size, loff_t *lof)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
// 定义操作方法结构体对象，保存封装的操作方法
struct file_operations fops = {
    .open=mycdev_open,
    .read=mycdev_read,
    .write=mycdev_write,
    .release=mycdev_close,
};
//入口函数
static int __init mycdev_init(void)
{
    // 注册字符设备驱动
    major = register_chrdev(0, "mychrdev", &fops);
    if (major < 0)
    {
        printk("字符设备驱动注册失败\n");
        return major;
    }
    printk("注册字符设备驱动成功major=%d\n", major);
    return 0;
}
//出口函数
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(major,"mychrdev");
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2.编译驱动

3.安装驱动内核模块

可以查看/proc/devices文件，确定驱动是否被注册4.创建设备文件

创建设备文件的命令：mknod /dev/mychrdev c 240 0

解析：mknod：创捷设备文件的命令码

           /dev/mychrdev：创建的设备文件的路径和名字

          c 设备文件类型（字符设备文件） d(块设备文件)

          240：主设备号

          0：次设备号 0-255都可以

5.编写应用程序代码测试是否可以关联驱动

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/mychrdev", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("打开设备文件失败\n");
        return -1;
    }
    printf("打开设备文件成功\n");
    //调用read
    read(fd, buf, sizeof(buf));
    //调用write
    write(fd, buf, sizeof(buf));
    //调用close
    close(fd);
    return 0;
}

6.现象

执行应用程序，驱动中的操作方法被回调

4.用户和内核的数据传递

用户空间和内核空间之间无法直接相互访问内存，二者进行数据交互需要使用数据传递函数

4.1 API

头文件 #include <linux/uaccess.h>

函数原型unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n)

功能：传递内核空间的数据到用户空间

参数：to：用户空间保存数据的buf首地址

           from：内核空间保存数据的buf首地址

           n：传递的数据长度，以字节为单位

返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节数

函数原型unsigned log copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n)

功能：传递用户空间的数据到内核空间

参数：to：内核空间保存数据的buf首地址

           from：用户空间保存数据的buf首地址

           n：传递的数据长度，以字节为单位

返回值：成功返回0，失败返回未拷贝的字节数

4.2用户和内核数据传递实例

应用程序代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[128] = {0};
    int fd = open("/dev/mychrdev", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("打开设备文件失败\n");
        return -1;
    }
    printf("打开设备文件成功\n");
    fgets(buf,sizeof(buf),stdin);//在终端读一个字符串
    buf[strlen(buf)-1]='\0';
    
    write(fd, buf, sizeof(buf));//将数据传递给内核
    memset(buf,0,sizeof(buf));//清空数组
    read(fd, buf, sizeof(buf));//将内核空间数据传递到用户
    printf("buf:%s\n",buf);
    close(fd);
    return 0;
}

驱动程序代码 

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include<linux/uaccess.h>
unsigned int major;
char kbuf[128]={};
// 封装操作方法
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char *ubuf, size_t size, loff_t *lof)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    int ret;
    //拷贝数据到用户空间
    ret=copy_to_user(ubuf,kbuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("copy_to_user filed\n");
        return -EIO;
    }
    return 0;
}
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char *ubuf, size_t size, loff_t *lof)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    int ret;
    //从用户空间拷贝数据到内核空间
    ret=copy_from_user(kbuf,ubuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("copy_from_user filed\n");
        return -EIO;
    }
    return 0;
}
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
    return 0;
}
// 定义操作方法结构体对象
struct file_operations fops = {
    .open=mycdev_open,
    .read=mycdev_read,
    .write=mycdev_write,
    .release=mycdev_close,
};
static int __init mycdev_init(void)
{
    // 注册字符设备驱动
    major = register_chrdev(0, "mychrdev", &fops);
    if (major < 0)
    {
        printk("字符设备驱动注册失败\n");
        return major;
    }
    printk("注册字符设备驱动成功major=%d\n", major);
    return 0;
}
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(major,"mychrdev");
}
module_init(mycdev_init);
module_exit(mycdev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

现象：在终端输入的字符串可以正常的打印出来，说明用户空间和内核空间数据传递成功

5.物理内存映射相关API

驱动控制硬件需要操作硬件的特殊功能寄存器，但是特殊功能寄存器内存物属于理内存，驱动加载到虚拟内存，想要在驱动中操作硬件寄存器，需要将硬件寄存器内存映射为虚拟内存

#include <linux/io.h>

函数原型：void *ioremap(phys_addr_t paddr, unsigned long size)

功能：映射指定大小的物理内存为虚拟内存

参数：paddr：要映射的物理内存首地址

           size：要映射的物理内存大小

返回值：成功，返回映射成功的虚拟内存首地址，失败，返回NULL

函数原型：void iounmap(const void __iomem *addr)

功能：取消物理内存的映射

参数：addr：要取消的虚拟内存首地址

返回值：无

注：有关字符设备驱动的示例代码，目前可查看上一篇文章"编写驱动代码控制LED灯亮灭"http://t.csdnimg.cn/ZBsgG

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