ARM——驱动——内核编译

一、内核的介绍

Linux内核是Linux操作系统的核心内容，它负责管理系统的硬件资源，并为上层的应用程序提供接口。（在上文都有所介绍）

功能：

进程管理：内核负责创建、调度、同步和终止进程。它还管理进程间的通信和数据传递，如管道、信号量和消息队列。
内存管理：内核负责分配和回收内存资源，确保每个进程都有足够的内存空间，同时防止一个进程访问另一个进程的内存空间。这包括内存分配、虚拟内存管理、内存保护等功能。
文件系统：Linux内核提供了多种文件系统的支持，如ext4、XFS、Btrfs、FAT32、NTFS等。它负责文件的创建、删除、读写、权限控制等操作。
设备驱动：内核包含了与硬件设备通信的驱动程序，这些驱动程序允许操作系统控制和管理各种硬件设备，如硬盘、显示器、键盘、鼠标等。
网络通信：内核实现了网络协议栈，支持TCP/IP和其他网络协议，使得Linux系统能够进行网络通信和数据传输。
安全性：Linux内核提供了多种安全机制，包括用户和组权限管理、访问控制列表（ACL）、安全模块（如SELinux）等，以保护系统安全。
虚拟化：内核支持虚拟化技术，如KVM（Kernel-based Virtual Machine），允许在单个物理机上运行多个虚拟机。
电源管理：内核负责管理电源使用，包括节能模式、休眠和唤醒等，以延长电池寿命和提高能效。
系统调用接口：内核提供了系统调用接口，允许用户空间的应用程序请求内核提供的服务，如打开文件、读取数据、执行系统命令等

二、Linux内核编译

1.1首先在官网中下载需要的源代库

The Linux Kernel Archives

本次使用的是2.6.32.2—mini2440

1.2解压下载好的文件（进入到文件所在的目录中进行解压）

sudo tar -xvf +文件名

1.3进入到文件目录

由于这里面的内容很多，文件也很多
所以需要使用makefile或者条件编译来编译
对于条件编译，通过#ifXX #endif来选择编译的对象
对于makefile

在.config文件中设置变量，控制makefile中的需要进行操作的文件或功能。

1.4配置内核（进入到可视化界面去）

配置文件千人千面，所以我们将一个官方的配置文件拷贝到.config中，在其中根据需要进行修改。
（1）首先在顶层目录中将默认配置拷贝到.condig中

cp config_mini2440_ td35.config 第一次编译内核

{

这个命令通常用于配置文件的替换或备份，特别是在嵌入式系统或Linux内核编译环境中，.config 文件经常用于存储内核配置选项。例如，如果你正在为基于ARM Cortex-A8的Mini2330开发板编译Linux内核，你可能会使用特定于该开发板的配置文件（如 config_mini2330_td35）作为起点，并将其重命名为 .config，以便内核编译系统能够识别和使用这些配置选项。

在执行这个命令之后，当前目录下的 config_mini2330_td35 文件将不再存在（因为它已经被复制并重命名为 .config），而 .config 文件将包含原 config_mini2330_td35 文件的全部内容。如果 .config 文件已经存在，它将被新内容覆盖，除非你在 cp 命令中使用了额外的选项（如 -i，它会在覆盖前询问用户

}

（2）在进入到可视化配置界面中

make menuconfig //可视化配置菜单——内核活地图

进入到该图形界面后，进行内核配置。配置时，大部分都是使用其默认选项，小部分才根据需要进行选择。

其中，每一个配置选项有三种选择，它们的含义如下：

<*>或[*]：表示将该功能编译进内核

[ ]：表示不将该功能编译进内核

[M]：表示将该功能编译成在需要时动态插入到内核的代码

用户根据需要进行配置。

（3）生成一个 U-Boot 兼容的映像文件（uImage）

make uImage

显示 ready则完成

如果出现

注释顶层目录中的 kernel/timeconst.pl 第373行

（4）将这个uImage文件拷贝到tftpboot中

（5）打开开发板sudo minicom 倒数之前按回车进入到SMDK2410中

启动过程中如果重新出现倒数界面

则

（6）验证

在

添加文件如果出现在开发板那边即已经完成。

关于Image文件

二、在内核中添加新文件。

（1）在顶层目录下的/drivers/char/中新建一个文件夹kcf（名字自定义）

（2）进入到新建的目录中

（3）写入一个Kconfig

简单的写入

（4）这样写完之后也不能在menuconfig中显示新创的选项，
需要在char目录中的Kconfig中引用

（5）在menuconfig中可以找到相应的选项
（输入“/”则可开始寻找）

三、操作实例：

step1

step2 修改该目录下的makefile

step3：

在该目录下的Kconfig中加入配置选项

step4
回到/Linux-2.6.32.2 中 make uImage将

编译好的uImage在/Linux-2.6.32.2/arch/arm/boot中

将其复制到/home/linux/tftpboot中并用chmod 777 uImage给权限

在可视化界面中打开选项

再进到minicom中 tftp 0x30008000 uImage下载到开发板中

运行后可以显示：

再可视化目录中关闭选项后重复上述编译uImage的操作

####################会删除掉如下图

四、驱动介绍

在Linux内核开发中，驱动（Driver）是一种特殊的软件，它充当硬件设备和操作系统之间的接口。驱动程序允许操作系统控制和管理硬件设备，包括初始化设备、发送数据到设备、从设备接收数据以及检测和处理硬件错误等

顶层：应用程序（APP）

APP open(led): 这表示一个用户空间的应用程序正在尝试打开一个名为“led”的设备。在Linux中，设备通常被当作文件来处理，因此使用open系统调用来访问它们。

系统调用层（SYS）

SYS open(led) - inode: 当应用程序执行open(led)时，这个请求会通过系统调用接口（如syscall）传递给内核。内核中的sys_open函数（或其他等效函数，具体取决于内核版本和架构）会处理这个请求。inode是文件系统中的一个关键数据结构，用于存储文件的元数据（如权限、大小、创建时间等），但在这里它也被用来表示设备文件（如LED设备）的元数据。

内核层（Kernel）

Kernel: 这是操作系统的核心部分，负责处理系统调用、管理硬件资源、提供进程调度等功能。
Struct inode LED 1: 在内核中，与“led”设备相关的数据被存储在一个inode结构体中，这里特别标记为“LED 1”，可能表示这是第一个LED设备或某个特定编号的LED。这个结构体包含了设备所需的所有信息，以便内核能够与之交互。
read() write() close(): 这些是内核中常见的文件操作函数，尽管对于LED这样的设备，read和write操作可能不直接读取或写入数据（因为LED主要是一个输出设备），但它们可能被用来控制LED的状态（如打开、关闭、改变亮度等）。close函数用于关闭设备文件，释放相关资源。

驱动程序层

LED DRI, KEY_DRI, LCD_DRI: 这些是设备驱动程序的缩写，分别代表LED驱动、键盘驱动和LCD显示驱动。在Linux中，每个硬件设备都需要一个对应的驱动程序来与内核交互。这里的“DRI”可能指的是某种类型的驱动接口或规范，但更常见的是直接看到如“led_driver”这样的命名。
在这个示意图中，LED DRI是重点，它负责处理与LED设备相关的所有操作，如响应open、read、write和close系统调用，以及直接与硬件通信以控制LED的状态。

底层：硬件

LED, KEY, LCD: 这些是实际的硬件设备，分别代表LED灯、键盘和LCD显示屏。在这个上下文中，LED是重点，它根据驱动程序发出的指令来打开、关闭或改变其状态。

综上所述，这张图片展示了Linux系统中应用程序如何通过系统调用与内核交互，进而通过驱动程序控制硬件设备的基本流程。尽管它有所简化，但它很好地概括了Linux驱动程序的工作原理。

五、编写自己的驱动程序

1、我们需要把驱动程序放在

写的是字符数据驱动

Makefile和Kconfig文件改好 make uImage后生成下图所示才算完成

2、关于module_init(demo_init);和module_exit函数

`module_init` 宏

module_init 是一个特殊的宏，用于指定当模块被加载到内核时应该调用的初始化函数。它通常位于模块源文件的末尾，以确保在编译时能够正确地与内核模块机制相链接。module_init 宏接受一个函数指针作为参数，这个函数就是模块的初始化函数。

`module_exit` 宏

与 module_init 类似，module_exit 宏用于指定当模块从内核卸载时应该调用的清理函数。它也接受一个函数指针作为参数，这个函数负责执行必要的清理工作。

在内核源代码中，module_exit 宏的定义与 module_init 类似，但它是用于模块卸载的上下文中

3、测试函数能否成功

类似前面几项的操作

选中menu选项后

不选择选项后井号消失。

4、关于设备号

设备号有32位；
主设备号：设备类型
次设备号：同类设备的编号

必须要手动创建设备节点

mknod /dev/demo c 255 0

/dev/demo 设备节点号

255 主设备号

0 次设备号

2、关于操作方法（opration）

有一个非常重要的结构体

strruct file_operation

{

'''''''''''

}

其中实际上是一系列的函数指针

ssize是文件偏移量。

头文件<linux/fs.h>

在Linux内核模块中定义一个简单的字符设备驱动，并为其实现了基本的文件操作函数：打开（open）、读取（read）、写入（write）和关闭（close）。不过，需要注意的是，在Linux内核中，close 函数通常被命名为 release 或 release_file，因为标准的文件操作结构体 file_operations 中并没有直接命名为 close 的成员。此外，printk 函数用于在内核日志中打印信息，这对于调试和跟踪内核模块的行为非常有用。
int open (struct inode * inode, struct file * file)
{
	printk("demo open ...\n");
	return 0;
}

ssize_t read (struct file * file, char __user * buf, size_t len, loff_t * offset)
{
	printk("demo read ...\n");
	return 0;
}

ssize_t write (struct file * file, const char __user * buf, size_t len, loff_t * offset)
{
	printk("demo write ...\n");
	return 0;
}

int close (struct inode * inode, struct file * file)
{
	printk("demo close ...\n");
	return 0;
}

static struct file_operations fops = 
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = open,
	.read = read,
	.write = write,
	.release = close    //给方法赋值
};

3、关于绑定设备号跟操作方法

达到的效果：

需要使用一个结构体

将设备号码和操作方法都放在结构体中

结构体中包含链表的节点。

在代码中实现

4.向内核注册驱动节点。

需要使用到注册函数

register_chrdev_region(dev,1,DEV_NAME)

(需要在上面加一个

#define DEV_NAME "demo")

注册代码的具体伪代码

static struct cdev cdev;
static dev_t dev;

static int __init demo_init(void)
{
	dev = MKDEV(MAJOR_NUM, MINOR_NUM);

	cdev_init(&cdev, &fops);

	cdev_add(&cdev, dev, DEV_NUM);

	register_chrdev_region(dev, DEV_NUM, DEV_NAME);

	printk("demo_init  ###############################\n");

	return 0;
}

5、卸载函数做与init（）逆操作即可

static void __exit demo_exit(void)
{
	unregister_chrdev_region(dev, DEV_NUM);
	cdev_del(&cdev);
	printk("demo_exit  ###############################\n");
}

6，需要写一个应用程序

在/home/linux/nfs/rootfs中编写APP程序

运行：

只这样做开发板方面还是还是会找不到文件。

是因为设备中还没有设备节点

在arm端运行后需要手动添加节点

总体代码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/cdev.h>

#define MAJOR_NUM  255
#define MINOR_NUM  0
#define DEV_NAME "demo"

static int open(struct inode * node, struct file * file)
{
	printk("demo open ...\n");
	return 0;
}

static ssize_t read(struct file * file, char __user * buf, size_t len, loff_t * loff)
{
	printk("demo read ...\n");
	return 0;
}

static ssize_t write(struct file * file, const char __user * buf, size_t len, loff_t * loff)
{
	printk("demo write ...\n");
	return 0;
}

static int close(struct inode * node, struct file * file)
{
	printk("demo close ...\n");
	return 0;
}

static dev_t dev_num;
static struct cdev dev;
static struct file_operations fops = 
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = open,
	.read = read,
	.write = write,
	.release = close
};

static int __init demo_init(void)
{
	int ret = 0;
	dev_num = MKDEV(MAJOR_NUM, MINOR_NUM); ;//(MAJOR_NUM << 20) | MINOR_NUM;

	ret = cdev_add(&dev, dev_num, 1);
	if(ret < 0)
		goto err1;

	cdev_init(&dev, &fops);

	ret = register_chrdev_region(dev_num, 1, DEV_NAME);
	if(ret < 0)
		goto err2;

	printk("demo_init   ###############################\n");
	return 0;

err1:
	cdev_del(&dev);
	printk("demo cdev_add failed ret = %d\n", ret);
	return ret;

err2:
	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	cdev_del(&dev);
	printk("demo register_chrdev_region failed ret = %d\n", ret);
	return ret;
}

static void __exit demo_exit(void)
{
	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	cdev_del(&dev);
	printk("demo_exit   ###############################\n");
}

module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);