Linux驱动（二）：模块化编程的基本操作

news2024/9/21 14:28:36

目录

  • 前言
  • 一、模块化编程
    • 1.模块化驱动代码框架
    • 2.printk详解
    • 3.应用操作
  • 二、多模块编程
  • 三、多文件编程
  • 四、函数传参

前言

  没多少东西，就是最基础的一些Linux驱动编写操作。

一、模块化编程

驱动加载到内核中的两种方法：

1.静态编译：就是将模块化的驱动代码就直接集成到了内核镜像里，缺点就是你每次都需要重新编译内核，烧写内核。这种方法的优点是启动时即有驱动支持还稳定，但不便于动态管理或升级驱动程序。

2.动态加载（模块化）：将驱动程序通过Makefile编译成内核模块，可以在运行时通过insmod命令加载，使用rmmod命令卸载。这种方法使得驱动程序的管理更加灵活，允许在不重启系统的情况下加载或更新驱动程序。

  在Linux系统中，驱动程序的模块化编程是一种设计和实现设备驱动程序的方法，能够提供更大的灵活性和可维护性。模块化编程允许驱动程序以模块的形式被加载或卸载，而无需重启系统。这种方式使得系统资源的管理更加高效，并简化了驱动程序的开发和调试过程。
  这里提到的模块化，跟C语言的.c.h模块化不同，这个里的模块化是指可以在内核运行时被动态地加载和卸载。优点：极大的缩小了内核的镜像大小。如同电脑装windows系统时，官方只给一个比较小的纯净版系统，后续装好后，根据自己的需求再去下载安装其他驱动，这个过程就是模块化的应用。

模块化指令：
insmod：用于将模块插入内核。
rmmod：用于从内核中卸载模块。
lsmod：列出当前加载的模块。
modinfo：显示模块的信息。

1.模块化驱动代码框架

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

static int __init test_init(void)
{
	printk("test加载函数运行!\n");
	return 0;
}

static void __exit test_exit(void)
{
	printk("test卸载函数运行!\n");
}

module_init(test_init);
module_exit(test_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

理解
static int __init test_init(void)：入口函数。类似于main，当该模块被加载时，入口函数里的代码便会运行。
static void __exit test_exit(void)：出口函数。当该模块被卸载时，会执行该函数里的代码。

声明驱动模型出/入口函数

module_init(test_init);
module_exit(test_exit);

头文件

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

#include <linux/kernel.h>：包含了内核级的函数和宏，主要用于内核日志记录和调试（printk）。
#include <linux/module.h>：定义了内核模块的基本功能和宏，用于模块的加载、卸载及描述。

开源许可

MODULE_LICENSE("GPL");

   就是一个开源声明。指定了内核模块使用的许可证类型为 GNU 通用公共许可证（GPL）。这是一个自由软件许可证，允许用户自由使用、修改和分发代码，只要遵守相同的许可证条款。
   如果你不声明模块的许可证，内核在加载模块时会输出警告，提示模块没有许可证信息。

2.printk详解

  printk函数是 Linux 内核中的一个调试工具，用于在内核空间打印日志信息。类似于C语言中的printf函数，但是用于内核空间的打印，因此它有一些特定的用法和限制。
1.printk打印的东西有消息等级，Linux 内核共提供了八种不同的消息级别，分为级别 0~7。只有当消息等级大于控制台等级时（值越低等级越高），printk输出的消息才会被打印到终端上。
2.printk不能使用浮点功能，不能有 %f,%lf，其余功能和printf一样。

使用命令：cat /proc/sys/kernel/printk查看内核打印等级：
在这里插入图片描述
1.控制台日志级别：内核消息的最低级别，决定了哪些日志信息会显示在控制台上。比如，设置为 4 时，KERN_WARNING 及以上级别的信息会显示。
2.默认日志级别：在内核启动时的默认日志级别。如果内核日志级别未被设置，使用此值。
3.内核消息日志级别：日志写入内核日志缓冲区的级别。此级别决定了日志信息在内核日志缓冲区中的可见性。
4.串行端口日志级别：如果系统使用串行端口来记录日志，这个值决定了日志信息的级别。

消息等级宏（在 include/linux/kern_levels.h 文件中）：

#define KERN_SOH   "\001"      /* ASCII Start Of Header */
#define KERN_SOH_ASCII '\001'

#define KERN_EMERG      KERN_SOH "0"   /* system is unusable */
#define KERN_ALERT      KERN_SOH "1"   /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT       KERN_SOH "2"   /* critical conditions */
#define KERN_ERR        KERN_SOH "3"   /* error conditions */
#define KERN_WARNING    KERN_SOH "4"   /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE     KERN_SOH "5"   /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO       KERN_SOH "6"   /* informational */
#define KERN_DEBUG      KERN_SOH "7"   /* debug-level messages */

设置printk的消息等级：printk(KERN_ERR "test111\n"); 在输出内容前添加消息等级的宏定义。若不设置消息等级，则为默认的消息等级。
修改内核的消息等级：echo 0 4 1 7 >/proc/sys/kernel/printk ，修改控制台等级或默认消息等级。

3.应用操作

  当驱动程序的.c编写好后，我们直接用makefile生成.ko文件方便后续加载到内核中。

Makefile文件

obj-m += test.o #最终生成模块的名字就是 test.ko      
    
KDIR:=/home/zht/RK3588S/kernel   # 内核源码的路径 
    
CROSS_COMPILE_FLAG=/home/zht/RK3588S/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-
    #交叉编译器路径
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)
    #调用内核层 Makefile 编译目标为 modules->模块 文件在当前路径
    # 架构  ARCH=arm64 
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.order app *.mod

解释：
这段 Makefile 就是指定了内核源代码目录、交叉编译器路径，并通过调用内核 Makefile 编译当前目录下的模块文件，生成一个适用于 ARM 64 位架构的内核模块 (test.ko)。

make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)：调用内核的 Makefile 来编译模块。各个参数的含义如下：
-C $(KDIR)：告诉 make 在 $(KDIR) 目录下执行 Makefile，也就是内核源代码的路径。
M=$(PWD)：指定当前目录 ($(PWD)) 作为模块编译的目录。
modules：指定要编译的目标是内核模块。
ARCH=arm64：指定目标架构为 ARM 64 位架构（即 AArch64）。
CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)：使用指定的交叉编译器来编译模块。

  生成.ko文件后直接用adb push推到硬件中，然后就能使用命令执行加载、卸载等操作。
在这里插入图片描述

二、多模块编程

  多模块编程就是同过加载多个模块A、B、C等，通过声明和调用，实现B模块调用A模块的内容。
例：

texta.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
void hello_text0(void)
{
	printk("hello_来自texta\n");
}

static int __init texta_init(void)
{
	printk("texta加载函数运行!\n");
	return 0;
}

static void __exit texta_exit(void)
{
	printk("texta卸载函数运行!\n");
}

module_init(texta_init);
module_exit(texta_exit);
EXPORT_SYMBOL(hello_text0);//模块内的函数如果要提供给其他模块使用，必须使用EXPORT_SYMBOL()导出
MODULE_LICENSE("GPL");

textb.c

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

extern void hello_text0(void);

static int __init textb_init(void)
{
	printk("textb加载函数运行!\n");
	hello_text0();
	return 0;
}

static void __exit textb_exit(void)
{
	printk("textb卸载函数运行!\n");
}



module_init(textb_init);
module_exit(textb_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile

obj-m += texta.o #这要生成两个.ko     
obj-m += textb.o   

KDIR:=/home/zht/RK3588S/kernel   #他就是你现在rk3588s里内核的路径 
    
CROSS_COMPILE_FLAG=/home/zht/RK3588S/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-
    #这是你的交叉编译器路径 --- 这里你也要替换成你自己的交叉编译工具的路径
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)
    #调用内核层 Makefile 编译目标为 modules->模块 文件在当前路径
    # 架构  ARCH=arm64 
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.order app *.mod

解析：
  就是多了个EXPORT_SYMBOL ，EXPORT_SYMBOL是一个重要的机制，用于在 Linux 内核模块之间共享代码。使用该宏后，其他模块再使用extern声明外部函数，就能够实现跨模块使用该函数。

  这里就是在texta中使用EXPORT_SYMBOL宏传入hello_text0，之后在textb用extern外部声明，最后就实现了外部模块函数的调用。

结果：
在这里插入图片描述

注意：由于是b调用a，所以加载时，要先加载a，再加载b。卸载时，要先卸载b，再卸a。

三、多文件编程

  多文件编译就是将一个模块的函数，在外边单独写一个.c文件，入口和出口函数还是只有一个，最后编译结果也是生成一个.ko文件。

示例：
texta.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
extern void waibu_hello(void);
static int __init texta_init(void)
{
	
	printk("texta加载函数运行!\n");
	waibu_hello();
	return 0;
}

static void __exit texta_exit(void)
{
	printk("texta卸载函数运行!\n");
}

module_init(texta_init);
module_exit(texta_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

textb.c

#include <linux/kernel.h>
void waibu_hello(void)
{
	printk("hello_来自textb\n");
}

Makefile

obj-m := textab.o
textab-objs = texta.o textb.o//因为是多文件编译，所以这里也要修改

KDIR:=/home/zht/RK3588S/kernel   #他就是你现在rk3588s里内核的路径 
    
CROSS_COMPILE_FLAG=/home/zht/RK3588S/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-
    #这是你的交叉编译器路径 --- 这里你也要替换成你自己的交叉编译工具的路径
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)
    #调用内核层 Makefile 编译目标为 modules->模块 文件在当前路径
    # 架构  ARCH=arm64 
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.order app *.mod

结果：
在这里插入图片描述

四、函数传参

  函数传参有点像c语言的主函数传参,大致一样。主要就是用了两个宏module_param和module_param_array。

  1. module_param
    语法: module_param(name, type, permissions);
    作用: 定义一个模块参数，其中 name 是参数名，type 是参数的数据类型，permissions 是权限设置。
int a = 0;
module_param(a, int, S_IRUGO | S_IWUSR);

a: 参数名，模块的用户可以通过此名称来设置参数值。
int: 数据类型，表示参数是整数类型。
S_IRUGO | S_IWUSR: 权限设置，S_IRUGO 表示所有用户都可以读取，S_IWUSR 表示只有当前用户可以写入。

  1. module_param_array
    语法: module_param_array(name, type, num, permissions);
    作用: 定义一个数组类型的模块参数，其中 name 是参数名，type 是数组元素的数据类型，num 是一个指针，用于存储数组元素的个数，permissions 是权限设置。
int arr[10] = {0};
int num = 0;
module_param_array(arr, int, &num, S_IRUGO | S_IWUSR);

arr: 参数名，表示数组参数。
int: 数组元素的数据类型，这里是整数类型。
&num: 用于存储数组元素的个数的指针。内核会将实际元素数量写入这个变量。
S_IRUGO | S_IWUSR: 权限设置，所有用户可读，当前用户可写。

应用示例：

send_data.c

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

int num =0;
static int a=1024;
static char *p = "zht";
static int arr[10]={0,1,2,3,4};

static int __init text_init(void)
{
	int i;
	printk("text加载函数运行!\n");
	printk("a=%d\n",a);
	printk("p=%s\n",p);
	printk("num=%d\n",num);
	for(i=0;i<10;i++)
		printk("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
	return 0;
}

static void __exit text_exit(void)
{
	printk("text卸载函数运行!\n");
}
module_param(a,int,S_IRUGO|S_IWUSR);
module_param(p,charp,S_IRUGO|S_IWUSR);
module_param_array(arr,int,&num,S_IRUGO|S_IWUSR);
module_init(text_init);
module_exit(text_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile

obj-m += send_data.o     
    
KDIR:=/home/zht/RK3588S/kernel   #他就是你现在rk3588s里内核的路径 
    
CROSS_COMPILE_FLAG=/home/zht/RK3588S/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin/aarch64-none-linux-gnu-
    #这是你的交叉编译器路径 --- 这里你也要替换成你自己的交叉编译工具的路径
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE_FLAG)
    #调用内核层 Makefile 编译目标为 modules->模块 文件在当前路径
    # 架构  ARCH=arm64 
clean:
	rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.markers *.order app *.mod

不传参时：
在这里插入图片描述
传参时：
在这里插入图片描述

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