文章目录
- 1.创建proc文件系统接口：之前调试内核时都是通过prink打印内核信息，通过dmesg查看输出的信息。新调试方法：利用proc文件系统在pro文件夹下创建接口，读写这个接口就可实现对内核的调试
- 2.内核内存分配函数：top，free，cat /pro/meminfo查看内存使用情况，cat /pro/slabinfo，cat /pro/buddyinfo，proc/sys/vm/下文件是虚拟内存更详细信息
- 2.1 hello.c：和硬件有关，需要用到物理地址的，都不能使用vmalloc
- 3.内核基础数据类型/移植性/数据对齐：页大小为PAGE_SIZE，不要假设4K，保证可移植性
- 3.1 kdatasize.c：不同的架构（x86_64，arm），基础类型大小可能不同，主要区别在long和指针
- 3.2 kdataalign.c：数据存储时没有特殊指定会自然对齐：在数据项大小的整数倍的地址处存储数据项，如数据项为short类型即2个字节(32位是4个字节)，那就要存在地址能整除2的位置，字节对齐可以提高CPU的访问效率
- 4.内核中断的使用，顶半部和底半部：使用中断可实现内核和外设的异步处理，提高通讯效率，降低系统功耗
- 4.1 nmi中断：u8 = unsigned char = uint8_t
- 4.2 crashdump：BMC作为IIC master可读取OCMCPLD（将GPIO中断信号存储到寄存器，利用逻辑器件的高实时性，帮BMC区分MCERR/IERR）
- 5.通过IO内存访问外设：有的外设将自己的寄存器映射到了物理内存某个区域，那这个区域叫做io内存区域，linux内核访问这个区域能实现对外设控制和读写
- 6.PCI设备驱动：pci是一种标准总线可实现块/网络/字符设备驱动，一部分是pci总线部分，另一是设备业务部分（和具体设备有关不讨论）
1.创建proc文件系统接口：之前调试内核时都是通过prink打印内核信息，通过dmesg查看输出的信息。新调试方法：利用proc文件系统在pro文件夹下创建接口，读写这个接口就可实现对内核的调试
/*
struct proc_ops //pro文件夹下创建接口第一种方式
proc_create()
struct seq_operations //第二种方式
proc_create_seq()
remove_proc_entry //移除接口
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/string.h>
#define PROC_DEBUG
#ifdef PROC_DEBUG
#include<linux/proc_fs.h> //传统第一种方式
#include<linux/seq_file.h> //seq第二种方式
#endif
char * str = "hello proc\n";
#ifdef PROC_DEBUG //由于proc一般用于调试，通常定义一个宏，将proc对应代码包起来，不需要这调试接口时，就可把这个宏注释掉，这样这个宏包含代码不会编译到内核中了。
int hp_open(struct inode * inode, struct file * filp)
{
printk(KERN_INFO"open %ld\n",strlen(str));
return 0;
}
ssize_t hp_read(struct file * filp, char __user * buff, size_t count, loff_t * f_pos)
{
ssize_t retval=0;
int n = strlen(str);
if(*f_pos >= n)
goto out;
if(*f_pos + count > n)
count = n - *f_pos;
//如上是判断读的内容是否有效
if(copy_to_user(buff,str,count)) //将字符串str赋值到buff用户空间
{
retval = -EFAULT;
goto out;
}
*f_pos += count;
return count;
out:
return retval;
}
struct proc_ops hp_ops = { //下面 __init函数中proc_create调用hp_ops创建接口文件
.proc_open = hp_open,
.proc_read = hp_read,
};
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
void * hp_seq_start (struct seq_file *m, loff_t *pos) //pos表示当前读到哪个位置或写到哪个位置了
{
printk(KERN_INFO"seq start\n");
if(*pos >= strlen(str)) //pos指当前读到或写到哪个位置，索引
return NULL;
return &str[*pos]; //拿出字符串中字符，将地址返回，这返回值将来作为下面其他函数的v传入
}
void hp_seq_stop(struct seq_file *m, void *v)
{
printk(KERN_INFO"seq stop\n"); //清除start函数一些工作，start里开辟一些空间或申请一些锁，这里清除
}
void * hp_seq_next (struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos) //改变索引值
{
printk(KERN_INFO"seq next\n");
(*pos)++;
if(*pos >= strlen(str))
return NULL;
return &str[*pos];
}
int hp_seq_show (struct seq_file *m, void *v)
{
printk(KERN_INFO"seq show\n");
seq_putc(m,*(char*)v); //将获得到的字符一个一个打印出
return 0;
}
const struct seq_operations seq_ops={ //构建这结构体
.start = hp_seq_start,
.stop = hp_seq_stop,
.next = hp_seq_next,
.show = hp_seq_show,
};
#endif
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
#ifdef PROC_DEBUG
proc_create("hello_proc",0,NULL,&hp_ops); //第一个参数即显示在pro目录下文件名称，
//第二个参数默认0只读权限。第三个参数父节点，null默认pro目录。最后一个参数是操作的结构体地址。
proc_create_seq("hello_seq_proc",0,NULL,&seq_ops); //就可在pro目录下创建对应节点
#endif
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
#ifdef PROC_DEBUG
remove_proc_entry("hello_proc",NULL); //第二个参数是父节点
remove_proc_entry("hello_seq_proc",NULL);
#endif
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("KGZ");
MODULE_VERSION("V1.0");
rmmod就没有/proc/下接口了，"hello proc"有11个字符（连空格和换行符），所以show next调用了11次，最后一次返回null会调用stop。cat又会再调用一次，调start后直接返回null到stop。
2.内核内存分配函数：top，free，cat /pro/meminfo查看内存使用情况，cat /pro/slabinfo，cat /pro/buddyinfo，proc/sys/vm/下文件是虚拟内存更详细信息
2.1 hello.c：和硬件有关，需要用到物理地址的，都不能使用vmalloc
/*
1.如下两个一般千字节以下空间
kmalloc() 分配空间不清0
kzalloc() 分配空间并清0
kfree()
2.如下对于某些应用需要频繁分配或释放固定大小空间，如下可提前创建一个高速缓冲区，从高速缓冲区中分配空间，这样运行速度会快，内存使用效率也会高
struct kmem_cache //slab分配器/专用高速缓存 速度快 利用率高
kmem_cache_create() //创建高速缓冲区，返回地址保存在上面一行的结构指针中，然后可调用下行函数分配空间，使用完后，free释放
kmem_cache_alloc()
kmem_cache_free()
kmem_cache_destroy() //清除高速缓冲区
3.大块内存
__get_free_page() //按页分配，单独一页
__get_free_pages() //多页
get_zeroed_page() //清0
free_page()
free_pages()
vmalloc() / vfree() //分配的虚拟地址连续，物理地址不连续，效率不高，用在分配大的连续的、只在软件中使用的、用于缓存的内存区域, 和硬件有关和需用到物理地址的都不能用
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/gfp.h> //按页分配__get_free_page()，包含在slab.h中
#include<linux/vmalloc.h>
char * kmlcp;
struct kmem_cache *h_cache;
char * kmemcp;
char * frpgp;
char * vmlcp;
static int hello_init(void)
{
printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
//111111111111111111111111111111111111 1
kmlcp = kmalloc(1024,GFP_KERNEL); //第一个参数：分配空间的大小，第二个参数：常用flag有GFP_KERNEL(kmalloc可休眠)和GFP_ATOMIC(kmalloc不可休眠)，中断中分配空间用GFP_ATOMIC
if(!kmlcp) //不休眠可能会失败，所以这里判断下
{
return -ENOMEM;
}
printk(KERN_INFO"kmalloc get addr:%p\n",kmlcp); //分配成功，将地址打印出
//111111111111111111111111111111111111 2
h_cache = kmem_cache_create("h_cache",512,0,SLAB_HWCACHE_ALIGN|SLAB_POISON,NULL);
if(!h_cache)
{
kfree(kmlcp);
return -ENOMEM;
}
kmemcp = kmem_cache_alloc(h_cache,GFP_KERNEL); //第一个参数就是kmem_cache_create返回发的地址
if(!kmemcp)
{
//清除分配的资源
return -ENOMEM;
}
printk(KERN_INFO"kmem_cache get addr:%p\n",kmemcp);
//111111111111111111111111111111111111 3
frpgp =(void *) __get_free_pages(GFP_KERNEL,0); //第二个参数是页面数，以2为底的对数值，0:1 1:2 2:4 3:8 ，填的0分配1个页，填的1分配2个页，填的2分配4个页
if(!frpgp)
{
//清除分配的资源
return -ENOMEM;
}
printk(KERN_INFO"free pages get addr:%p\n",frpgp);
//111111111111111111111111111111111111 4
vmlcp = vmalloc(PAGE_SIZE<<4); //大空间，大于一个页，这里分配16个页空间
if(!vmlcp)
{
//清除分配的资源
return -ENOMEM;
}
printk(KERN_INFO"vmalloc get addr:%p\n",vmlcp);
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
// 1
kfree(kmlcp);
// 2
kmem_cache_free(h_cache,kmemcp);
kmem_cache_destroy(h_cache);
// 3
free_pages((unsigned long)frpgp,0);
// 4
vfree(vmlcp);
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("KGZ");
MODULE_VERSION("V1.0");
3.内核基础数据类型/移植性/数据对齐：页大小为PAGE_SIZE，不要假设4K，保证可移植性
3.1 kdatasize.c：不同的架构（x86_64，arm），基础类型大小可能不同，主要区别在long和指针
/*
linux内核基础数据类型分三大类：C标准（int,long,char等），linux内核特有大小确定（u32，u16等），特定内核对象（pid_t，ssize_t,size_t等）
由于不同平台数据类型大小有区别，要考虑程序可移植性：-Wall（编译时使用这个标志会检查所有不兼容的问题），消除所有警告就可保证程序可移植性。如果编译器支持uint32_t，则不使用u32，使用uint32_t等标准类型
基础数据类型除了不同大小外还有存储方式不同，有的系统是大端存储方式，有的是小端，内核提供如下函数进行转换：
cpu_to_le32() le32_to_cpu() （小端32位转换为cpu存储类型）
cpu_to_be32() be32_to_cpu() (大....)
......
htonl() （host主机转换为network的long类型） ntohl() (network转主机)
htons() （.................short..） ntohs()
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/utsname.h>
#include <linux/errno.h>
static void data_cleanup(void)
{
/* never called */
}
int data_init(void)
{
ssize_t n=90888;
printk("arch Size: char short int long ptr long-long "
" u8 u16 u32 u64\n");
printk("%-12s %3i %3i %3i %3i %3i %3i "
"%3i %3i %3i %3i\n",
init_uts_ns.name.machine,
(int)sizeof(char), (int)sizeof(short), (int)sizeof(int),
(int)sizeof(long),
(int)sizeof(void *), (int)sizeof(long long), (int)sizeof(__u8),
(int)sizeof(__u16), (int)sizeof(__u32), (int)sizeof(__u64));
printk("%i, %li, %i, %li\n",(int)sizeof(pid_t),(long)current->pid,(int)sizeof(ssize_t),(long)n);
printk("le32:%x be32:%x htonl:%x ntohl:%x\n", cpu_to_le32(0x1234abcd),
cpu_to_be32(0x1234abcd),
htonl(0x1234abcd),
ntohl(0x1234abcd));
return -ENODEV;
}
module_init(data_init);
module_exit(data_cleanup);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
如下host是小端，network网络存储都是大端。
3.2 kdataalign.c：数据存储时没有特殊指定会自然对齐：在数据项大小的整数倍的地址处存储数据项，如数据项为short类型即2个字节(32位是4个字节)，那就要存在地址能整除2的位置，字节对齐可以提高CPU的访问效率
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/utsname.h>
#include <linux/errno.h>
struct c {char c; char t;} c; // 如果不对齐，第二个成员地址减去结构体地址都=1（第一个成员char）
struct s {char c; short t;} s;
struct i {char c; int t;} i;
struct l {char c; long t;} l;
struct ll {char c; long long t;} ll; //long long是8个字节
struct p {char c; void * t;} p;
struct u1b {char c; __u8 t;} u1b;
struct u2b {char c; __u16 t;} u2b;
struct u4b {char c; __u32 t;} u4b;
struct u8b {char c; __u64 t;} u8b;
struct {
u16 id;
u8 a;
u64 lun;
u16 reserved1;
u32 reserved2;
}__attribute__((packed)) scsi; // 属性：不用对齐，每个数据紧挨着
struct {
u16 id;
u8 a;
u64 lun;
u16 reserved1;
u32 reserved2;
} scsi1;
static void data_cleanup(void)
{
/* never called */
}
static int data_init(void)
{
printk("arch Align: char short int long ptr long-long "
" u8 u16 u32 u64\n");
printk("%-12s %3i %3i %3i %3i %3i %3i "
"%3i %3i %3i %3i\n",
init_uts_ns.name.machine,
(int)((void *)(&c.t) - (void *)&c), //第二个成员地址 - 结构体地址 = 地址差即偏移的字节数
(int)((void *)(&s.t) - (void *)&s),
(int)((void *)(&i.t) - (void *)&i),
(int)((void *)(&l.t) - (void *)&l),
(int)((void *)(&p.t) - (void *)&p),
(int)((void *)(&ll.t) - (void *)&ll),
(int)((void *)(&u1b.t) - (void *)&u1b),
(int)((void *)(&u2b.t) - (void *)&u2b),
(int)((void *)(&u4b.t) - (void *)&u4b),
(int)((void *)(&u8b.t) - (void *)&u8b));
// 如下打印对齐和不对齐的每个成员地址
printk("packed %i unpacked %i\n",(int)sizeof(scsi),(int)sizeof(scsi1));
printk(" id a lun reserved1 reserved2\n");
printk("scsi %lx %lx %lx %lx %lx",(unsigned long)&scsi.id,(unsigned long)&scsi.a,(unsigned long)&scsi.lun,(unsigned long)&scsi.reserved1,(unsigned long)&scsi.reserved2);
printk("scsi1 %lx %lx %lx %lx %lx\n",(unsigned long)&scsi1.id,(unsigned long)&scsi1.a,(unsigned long)&scsi1.lun,(unsigned long)&scsi1.reserved1,(unsigned long)&scsi1.reserved2);
return -ENODEV;
}
module_init(data_init);
module_exit(data_cleanup);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
x86_64 / unpacked / scsi1一行都是对齐的，char在地址0上，short在地址2上（因为1不能被2整除），
4.内核中断的使用，顶半部和底半部：使用中断可实现内核和外设的异步处理，提高通讯效率，降低系统功耗
// hello.c
/*
request_irq() //申请中断，申请成功后就可以使用这个中断，一旦中断触发就会调用注册的回调函数
free_irq()
typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *); //中断回调函数，第一个参数是中断号int类型
enable_irq() //打开指定的中断
disable_irq()
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/gpio.h> //测试中断需用外设，用到了树莓派的gpio
#include<linux/interrupt.h> //中断
#include<linux/proc_fs.h> //用到了proc文件系统
#include<linux/uaccess.h> //用到了内核空间与用户空间数据交互对应函数
static struct work_struct work;
unsigned long flags;
void workqueue_fn(struct work_struct *work) //工作队列回调函数 ，//下/底半部（不紧急且耗时）
{
printk("hello workqueue\n");
}
static irqreturn_t irq_handler(int irq,void *dev) //中断回调函数，第一个参数中断号，第二个参数设备结构地址 ， //上/顶半部（紧急工作）
{
static int n=0;
printk("get irq%d int %d\n",irq,++n); //打印中断号和中断次数
schedule_work(&work); //把工作放到内核默认的工作队列中运行
return IRQ_HANDLED; //此处退出后，workqueue_fn就会运行
}
ssize_t hp_write(struct file * filp, const char __user * buff, size_t count, loff_t * f_pos)
{
char a;
get_user(a,buff);
if(a=='0') //给proc文件写入的是0，关闭中断
{
printk("disable irq\n");
disable_irq(gpio_to_irq(12));
//如下不起作用：可能内核不允许关闭所有中断，也可能这里关了中断，在其它地方被打开了
//local_irq_disable();
//local_irq_save(flags);
}
else
{
printk("enable irq\n");
enable_irq(gpio_to_irq(12));
//local_irq_enable();
//local_irq_restore(flags);
}
return count;
}
struct file_operations hp_ops = { //proc_create接口，通过proc控制中断开闭
.write = hp_write,
};
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static int __init hello_init(void)
{
int err;
printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
proc_create("hello_proc",0777,NULL,&hp_ops); //可读可写可执行，主要用到可写
INIT_WORK(&work,workqueue_fn); //初始化一个work，将底半部操作放在工作队列中去执行
err = request_irq(gpio_to_irq(12),irq_handler,IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,"hello-int",NULL);
//上行第一个参数：通过gpio号12获取中断号。第二个参数：中断回调函数irq_handler。第三个参数：触发方式：上升沿下降沿都会触发中断
//第四个参数：hello-int名称会在proc文件系统中显示，第五个参数：指针参数，这个参数会在中断触发后通过irq_handler中一个参数传入
if(err<0)
{
printk("irq_request failed\n");
remove_proc_entry("hello_proc",NULL);
return err;
}
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
free_irq(gpio_to_irq(12),NULL); //释放request_irq申请的中断
remove_proc_entry("hello_proc",NULL);
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("KGZ");
MODULE_VERSION("V1.0");
如下中断号，cpu0核心中断次数，cpu1…，中断控制器pinctrl-bcm2835。
// gpioout.c // 测试中断运行状态
#include <bcm2835.h>
#include<unistd.h>
int main(int argc ,char* argv[])
{
int n = atoi(argv[1]);
bcm2835_init();
bcm2835_gpio_fsel(21,BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP); //树莓派21号引脚和之前树莓派12号引脚硬件连在一起，这样可通过控制21号引脚高低电平触发12号引脚中断
while(n--)
{
bcm2835_gpio_set(21); //高电平
sleep(1);
bcm2835_gpio_clr(21); //低电平
sleep(1);
}
return 0;
}
如下循环一次（参数是1）中触发两次中断，上升沿一次，下降沿一次。
如下dmesg先是中断回调，再是工作队列。cat /proc/interrupts看出在CPU0上发生2次中断。
如下关闭中断（非0是开中断），再次运行./gpioout 1，dmesg看没有信息更新。
#include <linux/workqueue.h>
struct workqueue_struct *my_workqueue; // 创建一个工作队列, 下面my_workqueue =
struct work_struct my_work; // 声明工作项结构
static void my_work_handler(struct work_struct *work) {..} // 定义工作项回调函数
int init_module(void)
{
my_workqueue = create_workqueue("my workqueue"); // 创建 工作队列
INIT_WORK(&my_work, my_work_handler); // 初始化 工作项
int ret = queue_work(my_workqueue, &my_work); // 将 工作项 提交到 工作队列
if (ret)
{
printk("Failed to queue work\n");
return ret;
}
return 0;
}
4.1 nmi中断：u8 = unsigned char = uint8_t
// nmi.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/interrupt.h>
#define NMI_ADDRESS 0xfd6d0000
#define NMI_READ 0x864
void __iomem *io_mem;
#define CMD_CRASH_DUMP "/usr/local/bin/log.sh"
static struct workqueue_struct *g_mca_wq = NULL;
static struct work_struct g_mca_dwq;
static void read_log(struct work_struct *work)
{
char cmd_path[] = CMD_CRASH_DUMP;
char *cmd_argv[] = {cmd_path, NULL, NULL};
char *cmd_envp[] = {NULL};
printk(KERN_INFO "into read NMI\n");
call_usermodehelper(cmd_path, cmd_argv, cmd_envp, UMH_WAIT_PROC);
}
static int Handling_functions(unsigned int cmd, struct pt_regs *regs)
{
/*
int value;
value = ioread32(io_mem + NMI_READ);
printk(KERN_INFO "Read NMI STATUS %x\n",value);
*/
printk(KERN_INFO "Handing NMI\n");
queue_work(g_mca_wq, &g_mca_dwq);
return NMI_DONE;
}
static int register_nmi_handler_Processing(void)
{
// 如下不可屏蔽中断，NMI_UNKNOWN硬件触发类型标识符参考arch/x86/include/asm/nmi.h文件
register_nmi_handler(NMI_UNKNOWN,Handling_functions,0,"nmi_handler"); // request_irq可屏蔽中断
return 0;
}
///
static int __init nmi_init_hua(void)
{
int ret;
io_mem = ioremap(NMI_ADDRESS,0x1000); //给ioread32用
if (!io_mem) {
printk(KERN_ERR "Failed to map GPIO %p to memory\n", io_mem);
return -1;
}
ret = register_nmi_handler_Processing();
if (ret) {
return ret;
}
g_mca_wq = create_workqueue("Nmi workqueue");
if (g_mca_wq == NULL) {
printk(KERN_ERR "%s: error creating CPU error workqueue\n", __func__);
return -1;
}
INIT_WORK(&g_mca_dwq, read_log);
printk(KERN_INFO "loaded NMI_test successfully\n");
return 0;
}
static void __exit nmi_exit_hua(void)
{
unregister_nmi_handler(NMI_UNKNOWN, "nmi_handler");
destroy_workqueue(g_mca_wq);
iounmap(io_mem);
printk(KERN_INFO "unloaded NMI_test successfully\n");
}
module_init(nmi_init_hua);
module_exit(nmi_exit_hua);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("");
MODULE_DESCRIPTION("NMI handler driver");
# Makefile
obj-m := gpiodrv.o
KERNELDIR ?= /home_a/alibmc/build/tmp/work/obmc_hq-fb-linux-gnueabi/linux-aspeed/4.1.51-r1/build #/usr/lib/modules/5.10.7/build
PWD ?= $(shell pwd)
all:
make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
rm -f *.o *.symvers *.order *.mod.* *.ko.*
clean:
make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
rm -f *.o *.ko *.symvers *.order *.mod.* *.ko.*
4.2 crashdump：BMC作为IIC master可读取OCMCPLD（将GPIO中断信号存储到寄存器，利用逻辑器件的高实时性，帮BMC区分MCERR/IERR）
如下mceer低触发后16个bclk（150ns）后会拉高，bmc只监控绿线gpio低电平触发中断：0-1。
#define FM_CPU_MSMI_CATERR_LVT3_N 841 // 和oFM_CPU_CATERR_PLD_LVT3_N是一个信号
如下ierr低触发后一直是低（中间有一次拉低，所以打印出mceer和ierr），低电平触发：0-1-0。
如下注错ierr：iintel手册ICX EDSVol2 574942 R1-5.pdf
如下注错mcerr：
5.通过IO内存访问外设：有的外设将自己的寄存器映射到了物理内存某个区域，那这个区域叫做io内存区域，linux内核访问这个区域能实现对外设控制和读写
// hello.c
/*
request_mem_region() //访问外设前需要先申请这片io内存区域
release_mem_region()
ioremap() //io内存区域（上行申请的）是物理地址，内核使用的是虚拟地址，ioremap将物理地址映射为虚拟地址
iounmap()
ioread32()/ioread8()/ioread16() //读取io内存 //硬件是树莓派，四字节对齐地址读写的话8/16/32位都能读到正常值
iowrite32()/iowrite8()/iowrite16()
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/io.h>
unsigned long gpio_base = 0x3f200000; //树莓派gpio基地址
int gpio_len =0xb3; //寄存器范围
struct timer_list t1; //内核定时器，让1s开一次灯，1s关一次灯
int tdelay;
uint8_t flag=0;
void timer_fn(struct timer_list *t) //定时器回调函数
{
if(flag)
iowrite32(ioread32((void *)(gpio_base+0x1c))|(1<<4),(void*)(gpio_base+0x1c)); //1c寄存器将gpio置为高电平
else
iowrite32(ioread32((void *)(gpio_base+0x28))|1<<4,(void*)(gpio_base+0x28)); //28寄存器将gpio置为低电平
flag=!flag;
mod_timer(&t1,jiffies+msecs_to_jiffies(1000)); //gpio4接了一个led灯，以1s频率亮灭
}
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
// if (! request_mem_region(gpio_base,gpio_len , "gpio")) { //理论上先申请这片区域，不过树莓派已经将这片区域申请好了，可通过cat /proc/iomem了解i/o内存分配情况（gpio....）
// printk(KERN_INFO " can't get I/O mem address 0x%lx\n",
// gpio_base);
// return -ENODEV;
// }
gpio_base = (unsigned long)ioremap(gpio_base,gpio_len);
//下行将基地址内容读出来或上要改变的值，再写回去。iowrite32第一个参数是写的值，第二个参数是写的地址
iowrite32(ioread32((void *)gpio_base)|(1<<12),(void*)gpio_base); //这一整行代码意思是将pin4设置为输出,具体寄存器含义下载树莓派芯片手册查看
printk(KERN_INFO"gpio remap base:0x%lx\n",gpio_base); //打印地址
//如下gpio地址是4字节对齐的，可以用如下8 16 32读, 如果将gpio_base+1，+2，+3就不对了
printk(KERN_INFO"read %x %x %x\n",ioread8((void *)(gpio_base)),ioread16((void *)(gpio_base)),ioread32((void *)(gpio_base)));
timer_setup(&t1,timer_fn,0); //初始化定时器
mod_timer(&t1,jiffies+msecs_to_jiffies(1000)); //设置溢出时间1s
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
//release_mem_region(gpio_base,gpio_len);
del_timer(&t1); //删除定时器
iounmap((void *)gpio_base);
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//许可 GPL、GPL v2、Dual MPL/GPL、Proprietary(专有)等,没有内核会提示
MODULE_AUTHOR("KGZ"); //作者
MODULE_VERSION("V1.0"); //版本
如下make，insmod，打印的地址是虚拟地址，8位读到的是0，16位读到的是1900。
6.PCI设备驱动：pci是一种标准总线可实现块/网络/字符设备驱动，一部分是pci总线部分，另一是设备业务部分（和具体设备有关不讨论）
如下是PCI设备的配置寄存器值：每个PCI设备中都有一个配置区域，这个区域保存了PCI设备信息，下图是前64字节内容（标准化的）。
// pci_skel.c
/*
struct pci_device_id 用这结构体构造一个数组，数组中包含驱动支持的所有设备
PCI_DEVICE() 这个宏通过vendor-id和device-id填充上面pci_device_id结构体内容
PCI_DEVICE_CLASS() 通过class类填充pci_device_id结构体内容
MODULE_DEVICE_TABLE() 上面填充好结构体构造的数组后，调用MODULE_DEVICE_TABLE()宏，导出pci_device_id结构体到用户空间，使热插拔和模块装载系统知道什么模块针对什么硬件设备
struct pci_driver 利用这结构体将驱动注册到内核中
pci_register_driver() 注册
pci_unregister_driver() 注销
在读取pci设备的配置寄存器或io空间/io地址时，需要先如下调用：
pci_enable_device() 激活/初始化pci设备，比如唤醒设备、读写配置信息等
pci_disable_device() 关闭设备
如下内核提供一系列函数读取pci设备配置信息
pci_read_config_byte() 8位
pci_read_config_word() 16位
pci_read_config_dword() 32位
pci_resource_start() 获取区域信息(bar info) pci支持6个区域（io端口/io内存），获取io空间起始地址
pci_resource_end() 获取io空间结束地址
pci_resource_flags() 获取io空间标志信息
pci_request_regions() 获得io空间地址后，调用这行函数申请这片区域，跟request_mem_region()一样
pci_release_regions()
pci_ioremap_bar() 物理地址映射到虚拟地址空间，跟ioremap一样，作了必要的检查
pci_set_drvdata() 设置驱动私有数据
pci_get_drvdata() 获取驱动私有数据
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/pci.h>
struct pci_card //私有数据
{
//端口读写变量
resource_size_t io; //io空间起始地址
long range,flags; //空间大小，空间标志
void __iomem *ioaddr; //地址被映射后的虚拟地址
int irq; //pci设备中断号
};
static struct pci_device_id ids[] = { //pci_device_id里面包含这驱动支持的所有pci设备
{ PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL, 0x100e) }, //第一个参数：厂商号。第二个参数：设备id
{ PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_INTEL,PCI_DEVICE_ID_INTEL_80332_0) },
{ 0, } //最后一组是0，表示结束
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, ids); //导出到用户空间：第一个参数：总线类型。第二个参数：上面数组名称。
void skel_get_configs(struct pci_dev *dev) //测试读写配置空间
{
uint8_t val1;
uint16_t val2;
uint32_t val4;
pci_read_config_word(dev,PCI_VENDOR_ID, &val2);
printk("vendorID:%x",val2);
pci_read_config_word(dev,PCI_DEVICE_ID, &val2);
printk("deviceID:%x",val2);
pci_read_config_byte(dev, PCI_REVISION_ID, &val1);
printk("revisionID:%x",val1);
pci_read_config_dword(dev,PCI_CLASS_REVISION, &val4);
printk("class:%x",val4);
}
/* 设备中断服务*/
static irqreturn_t mypci_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
struct pci_card *mypci = (struct pci_card *)dev_id;
printk("irq = %d,mypci_irq = %d\n",irq,mypci->irq);
return IRQ_HANDLED;
}
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static int probe(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id) // 第一个参数pci设备结构体，第二个参数匹配的pci_device_id
{
int retval = 0;
struct pci_card *mypci;
printk("probe func\n");
if(pci_enable_device(dev)) //激活pci设备
{
printk (KERN_ERR "IO Error.\n");
return -EIO;
}
mypci = kmalloc(sizeof(struct pci_card),GFP_KERNEL); //私有数据分配一空间
if(!mypci)
{
printk("In %s,kmalloc err!",__func__);
return -ENOMEM;
}
//如下是给私有数据的属性赋值
mypci->irq = dev->irq; //给私有数据中断号赋值，内核启动时扫描pci设备，给pci设备分配中断号获取基本信息
if(mypci->irq < 0)
{
printk("IRQ is %d, it's invalid!\n",mypci->irq);
goto out_mypci;
}
mypci->io = pci_resource_start(dev, 0); //获得区域0的开始地址
mypci->range = pci_resource_end(dev, 0) - mypci->io + 1; //结束地址 - 开始地址 + 1 ： 就是空间大小
mypci->flags = pci_resource_flags(dev,0); //获取区域0标志，这标志会指示这区域是io内存还是io端口
printk("start %llx %lx %lx\n",mypci->io,mypci->range,mypci->flags);
printk("PCI base addr 0 is io%s.\n",(mypci->flags & IORESOURCE_MEM)? "mem":"port"); //判断是io内存还是io端口
//retval=request_mem_region(mypci->io,mypci->range, "pci_skel");
retval = pci_request_regions(dev,"pci_skel"); //要操作这内存区域，首先要分配这内存区，作用同上行
if(retval)
{
printk("PCI request regions err!\n");
goto out_mypci;
}
mypci->ioaddr = pci_ioremap_bar(dev,0); //分配成功，就将物理地址映射到内核的虚拟地址中，作用同下行，不过pci.h提供pci_ioremap_bar就用这个
//mypci->ioaddr = ioremap(mypci->io,mypci->range); 这里变量的类型与函数参数的类型必须一致，否则会出错
if(!mypci->ioaddr)
{
printk("ioremap err!\n");
retval = -ENOMEM;
goto out_regions;
}
//申请中断IRQ并给中断号绑定中断服务子函数pci_ioremap_bar
retval = request_irq(mypci->irq, mypci_interrupt, IRQF_SHARED, "pci_skel", mypci);
if(retval)
{
printk (KERN_ERR "Can't get assigned IRQ %d.\n",mypci->irq);
goto out_iounmap;
}
pci_set_drvdata(dev,mypci); //将私有数据保存到pci设备结构体中
printk("Probe succeeds.PCIE ioport addr start at %llX, mypci->ioaddr is 0x%p,interrupt No. %d.\n",mypci->io,mypci->ioaddr,mypci->irq);
skel_get_configs(dev); //测试读写配置空间
return 0;
out_iounmap:
iounmap(mypci->ioaddr);
out_regions:
pci_release_regions(dev);
out_mypci:
kfree(mypci);
return retval;
} //当probe函数结束后就拿到了pci设备io空间地址，之后业务逻辑代码操作这io地址进行
static void remove(struct pci_dev *dev) //移除PCI设备，清除在prob函数中做的工作
{
struct pci_card *mypci = pci_get_drvdata(dev); //获得私有数据
free_irq (mypci->irq, mypci); //释放中断号
iounmap(mypci->ioaddr); //取消地址映射
//release_mem_region(mypci->io,mypci->range);
pci_release_regions(dev); //释放申请的空间
kfree(mypci); //释放私有数据
pci_disable_device(dev); //关闭pci设备
printk("Device is removed successfully.\n");
}
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static struct pci_driver pci_driver = {
.name = "pci_skel", //一般和模块名称一样即本文件名称
.id_table = ids, //支持的所有设备结构体数组的名称
.probe = probe, //当内核检测到和驱动匹配后会调用probe
.remove = remove,
};
static int __init pci_skel_init(void)
{
printk("HELLO PCI\n");
return pci_register_driver(&pci_driver); //上面结构体地址
}
static void __exit pci_skel_exit(void)
{
printk("GOODBYE PCI\n");
pci_unregister_driver(&pci_driver); //注销驱动程序
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(pci_skel_init);
module_exit(pci_skel_exit);
如下网卡驱动在设备启动时就加载了，需先将模块驱动移除rmmod。显示probe func说明调用了probe函数，发现了匹配的设备。mypci->ioaddr是映射后的虚拟地址。
lspci：列出系统中所有pci的简略信息，总线:设备.功能。
如下还有一个pci网卡信息。cat /pro/bus/pci/devices也会列出pci设备详细信息。
如下进入目录得到pci设备信息文件。
