Linux用户与内核空间交互

简介

一、sysfs

1、/sys 目录

2、API

3、platform API

4、创建platform总线设备文件

二、程序源码

简介

用户空间与内核的交互方式，使用copy_from_user(), copy_to_user().

除了这两种交互方式，内核还提供了其他高级的方式，对于写驱动来说很重要。有proc、sysfs、debugfs、netlink、ioctl。

本文学习sysfs

一、sysfs

2.6内核版本有个关键的特性叫现代设备模型，所有的设备以类似与树形的数据结构呈现。

1、/sys 目录

在ubuntu系统上的/sys目录

root@ubuntu:/sys# ls
block  bus  class  dev  devices  firmware  fs  hypervisor  kernel  module  power

sysfs树包括以下内容：

每个总线都在系统中体现（也可以是虚拟或伪总线）
每个设备在每条总线上体现
在总线上，每个设备驱动绑定到一个设备

可以通过它支持的各种总线（PCI、USB、platform、I2C、SPI等）、各种设备、设备本身、块设备视口等来查看系统

2、API

device_create_file()

struct device 存在数据结构 platform_device, pci_device, net_device, usb_device, i2c_client, serial_port 中

有的驱动中没有struct device，则使用platform bus

接着看一下platform设备

platform设备在Soc嵌入式板子中经常用于表示各种各样的设备

# ls /sys/devices/platform/
alarmtimer 'Fixed MDIO bus.0' intel_pmc_core.0 platform-framebuffer.0
reg-dummy
serial8250 eisa.0 i8042 pcspkr power rtc_cmos uevent

3、platform API

platform_device_register_simple()
platform_device_unregister(sysfs_demo_platdev)

4、创建platform总线设备文件

int device_create_file(struct device *dev, const struct device_attribute *attr);

第二个参数

// interface for exporting device attributes
struct device_attribute {struct attribute        attr;ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,char *buf);ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,const char *buf, size_t count);
};

导出设备属性的接口，不要再使用copy_[from/to]_user，参数buf是内核空间的buf

show是读回调，store是写回调

初始化device_attribute 结构体，内核提供了几个宏

DEVICE_ATTR()，__ATTR()，DEVICE_ATTR_RW

#define DEVICE_ATTR_RW(_name) \struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR_RW(_name)
#define __ATTR_RW(_name) __ATTR(_name, 0644, _name##_show, _name##_store)#define __ATTR(_name, _mode, _show, _store) {              \.attr = {.name = __stringify(_name),               \.mode = VERIFY_OCTAL_PERMISSIONS(_mode) }, \.show   = _show,                                   \.store  = _store,                                  \
}

通过上述代码，可以创建read-write (RW), read-only (RO), or write-only (WO) sysfs文件

如 static DEVICE_ATTR_RW(sysfs_debug_level); 初始化后的回调函数是 dev_attr_sysfs_debug_level

5、sysfs总结

设置、显示内核特定的值，每个sysfs文件一个值，不太适合debug大量的输出文件。调试输出需要使用debugfs。

二、程序源码

1、创建platform 总线

2、创建两个sysfs文件，sysfs_debug_level可以读写，sysfs_pressure只读

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/mutex.h>// copy_[to|from]_user()
#include <linux/version.h>
#include <linux/uaccess.h>MODULE_AUTHOR("wy");
MODULE_LICENSE("Dual MIT/GPL");
MODULE_VERSION("0.1");//创建的sysfs文件夹
#define OURMODNAME      "sysfs_simple_intf"
//文件夹下的文件
#define SYSFS_FILE1     sysfs_debug_level
#define SYSFS_FILE3     sysfs_pressure//互斥体
static DEFINE_MUTEX(mtx);//全局的静态参数
static int debug_level;
static u32 gpressure;static struct platform_device *sysfs_demo_platdev;//回调函数 pressure
static ssize_t sysfs_pressure_show(struct device *dev,struct device_attribute *attr, char *buf)
{int n;//互斥体if (mutex_lock_interruptible(&mtx))return -ERESTARTSYS;pr_debug("In the 'show' method: pressure=%u\n", gpressure);//将gpressure的值存到buf中n = snprintf(buf, 25, "%u", gpressure);mutex_unlock(&mtx);return n;
}
//属性生命sysfs_process
static DEVICE_ATTR_RO(sysfs_pressure);
//debug_level的参数范围
#define DEBUG_LEVEL_MIN     0
#define DEBUG_LEVEL_MAX     2//读取debug_level
static ssize_t sysfs_debug_level_show(struct device *dev,struct device_attribute *attr,char *buf)
{int n;if (mutex_lock_interruptible(&mtx))return -ERESTARTSYS;//debug_level值n = snprintf(buf, 25, "%d\n", debug_level);mutex_unlock(&mtx);return n;
}
//写debug_level
static ssize_t sysfs_debug_level_store(struct device *dev,struct device_attribute *attr,const char *buf, size_t count)
{int ret = (int)count, prev_dbglevel;if (mutex_lock_interruptible(&mtx))return -ERESTARTSYS;//保存debug_levelprev_dbglevel = debug_level;if (count == 0 || count > 12) {ret = -EINVAL;goto out;}//将字符串的值 转化为int类型ret = kstrtoint(buf, 0, &debug_level);  if (ret)goto out;//验证if (debug_level < DEBUG_LEVEL_MIN || debug_level > DEBUG_LEVEL_MAX) {debug_level = prev_dbglevel;ret = -EFAULT;goto out;}ret = count;out:mutex_unlock(&mtx);return ret;
}static DEVICE_ATTR_RW(sysfs_debug_level); //初始化
static int __init sysfs_simple_intf_init(void)
{int stat = 0;//检查系统有没有配置SYSFSif (unlikely(!IS_ENABLED(CONFIG_SYSFS))) {pr_warn("sysfs unsupported! Aborting ...\n");return -EINVAL;}#define PLAT_NAME   "sysfs_simple_intf_device"//创建platform总线下的文件sysfs_demo_platdev = platform_device_register_simple(PLAT_NAME, -1, NULL, 0);//错误验证if (IS_ERR(sysfs_demo_platdev)) {stat = PTR_ERR(sysfs_demo_platdev);pr_info("error (%d) registering our platform device, aborting\n", stat);goto out1;}//创建文件debug_levelstat = device_create_file(&sysfs_demo_platdev->dev, &dev_attr_sysfs_debug_level);if (stat) {pr_info("device_create_file [1] failed (%d), aborting now\n", stat);goto out2;}//创建文件gpressuregpressure = 25;  stat = device_create_file(&sysfs_demo_platdev->dev, &dev_attr_sysfs_pressure);if (stat) {pr_info("device_create_file [3] failed (%d), aborting now\n", stat);goto out3;}return 0;out3:device_remove_file(&sysfs_demo_platdev->dev,&dev_attr_sysfs_pressure);device_remove_file(&sysfs_demo_platdev->dev, &dev_attr_sysfs_debug_level);out2:platform_device_unregister(sysfs_demo_platdev);out1:return stat;
}//删除
static void __exit sysfs_simple_intf_cleanup(void)
{device_remove_file(&sysfs_demo_platdev->dev, &dev_attr_sysfs_pressure);device_remove_file(&sysfs_demo_platdev->dev, &dev_attr_sysfs_debug_level);platform_device_unregister(sysfs_demo_platdev);
}module_init(sysfs_simple_intf_init);
module_exit(sysfs_simple_intf_cleanup);

程序输出

#:/sys/devices/platform/sysfs_simple_intf_device# cat sysfs_pressure
25#:/sys/devices/platform/sysfs_simple_intf_device# cat sysfs_debug_level
0
#:/sys/devices/platform/sysfs_simple_intf_device# echo 2 > sysfs_debug_level
#:/sys/devices/platform/sysfs_simple_intf_device# cat sysfs_debug_level
2