Linux驱动编程 step-by-step （一）驱动程序的作用

驱动程序的作用：

简单来说驱动程序就是使计算机与设备通信的特殊的代码，在作单片机时候（无OS）我们自己定义接口及自定义的结构来操作相关硬件，而在有OS的模式下我们操作的硬件是去实现对应的接口（这些接口是已定义好的，我们需要实现这些接口）而无需自己定义接口，这样既能正确的控制设备。又能很好的维护（如果需要升级驱动，上边的应用程序不需要改变）

编写驱动考虑的因素

提供给用户更多的选项
保持用户操作的简单性
编写驱动的时间

驱动分类：

字符设备：能够像字节流（类似文件）一样被访问的设备（至少实现open, close, read ,write等功能）
快设备：用户空间接口与字符设备相同，内部实与字符设备完全不同（可以被随即访问，一般在类UNIX系统中快设备的读取每次只能读一整块在linux可以操作任意字节）
网络设备：网络通路通过网络设备形成，能够与主机交换数据的设备

内核功能划分：

进程管理（PM）：进程的创建与撤销，在单个或者多个CPU上实现多进程的抽象
内存管理（MM）：管理内存分配及回收的策略
文件系统（FS/VFS）: Linux 非常依赖于文件系统，内核在没有结构的硬件系统上构造结文件系统，而文件抽象在整个系统中会广泛使用，Linux支持多种文件系统类型
设备控制：驱动程序，操控硬件以及相应总线设备
网络（NET）：在网络接口于应用程序之间传输数据。

好了理论行得东西介绍的差不多了，下边说点有用的，内核的驱动可以做成模块在需要的时候装载，在不需要的时候卸载
我们在编写用户程序的时候总喜欢从编写hello world 写起，在内核驱动模块也是一样，下边是一个hello_world的一个模块

//hello_world.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "hello module\n");
return 0;
}
static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "hello module exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

以及对应的Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
# call from kernel build system
obj-m := hello_world.o
#if we need more than one source code to build the module
#we should use the variable below: example: modules-objs := file1.o file2.o
modules-objs :=
else
#kernel PTAH
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

有几点与用户空间程序不同的地方

模块程序没有main函数（那么程序入口在哪里？）
打印函数使用的printk 而不是用户空间的printf 而且使用方式不一样
模块的编译不是通常的方式
头文件不是常见的那些头文件
以及编译之后不会产生可执行文件，而是 .ko 文件
...

模块没有main函数，在装载模块 insmod 时会调用module_init注册的函数此处为hello_init
在模块卸载remod时会调用module_exit注册的函数此处为hello_exit
在module_init 注册的函数主要是进行初始化，分配内存，注册设备等
而module_exit中注册的函数与之相反，设备注销，释放内存等
具体的编译模块的Makefile我在另一篇文章中有说到此处不再赘述
内核的打印函数使用printk去打印信息， printk不支持浮点类型，在printk中可以加入信息级别有7中

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

对应与不同的错误等级选择不懂的option, 并做不同的处理，小于一定等级的信息会直接打印到终端（非X-window下的终端），可以使用 dmesg 来查看全部的打印信息
编译内核的头文件是在/lib/modules/$(shell uname -r)/build/include下得，而不是用户模式下得/usr/include
编译后不会生产可执行文件，会生成一个.ko的文件
使用 insmod xxx .ko去装载模块
使用 lsmod 去查看已装载的模块
使用 rmmod xxx 去卸载相应模块（卸载是不带.ko）

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