linux驱动基础开发2——linux 驱动开发前奏(模块编程)-转
一、linux内核模块简介
linux内核整体结构非常庞大,其包含的组件也非常多。我们怎么把需要的部分都包含在内核中呢?
一种办法是把所有的需要的功能都编译到内核中。这会导致两个问题,一是生成的内核会很大,二是如果我们要在现有的内核中新增或删除功能,不得不重新编译内核,工作效率会非常的低,同时如果编译的模块不是很完善,很有可能会造成内核崩溃。
linux提供了另一种机制来解决这个问题,这种集中被称为模块,可以实现编译出的内核本身并不含有所有功能,而在这些功能需要被使用的时候,其对应的代码可以被动态的加载到内核中。
二、模块特点:
1)模块本身并不被编译入内核,从而控制了内核的大小。
2)模块一旦被加载,他就和内核中的其他部分完全一样。
注意:模块并不是驱动的必要形式:即:驱动不一定必须是模块,有些驱动是直接编译进内核的;同时模块也不全是驱动,例如我们写的一些很小的算法可以作为模块编译进内核,但它并不是驱动。就像烧饼不一定是圆的,圆的也不都是烧饼一样。
三、最简单的模块分析
1)以下是一个最简单的模块例子
[cpp] view plaincopy
#include <linux/init.h> /* printk() */
#include <linux/module.h> /* __init __exit */
static int __init hello_init(void) /*模块加载函数,通过insmod命令加载模块时,被自动执行*/
{
printk(KERN_INFO " Hello World enter\n");
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void) /*模块卸载函数,当通过rmmod命令卸载时,会被自动执行*/
{
printk(KERN_INFO " Hello World exit\n ");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_AUTHOR("dengwei"); /*模块作者,可选*/
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); /*模块许可证明,描述内核模块的许可权限,必须*/
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module"); /*模块说明,可选*/
MODULE_ALIAS("a simplest module"); /*模块说明,可选*/<span style="font-family:SimSun;font-size:18px;color:#FF0000;"><strong>
</strong></span>
2) 以下是编译上述模块所需的编写的makefile
[cpp] view plaincopy
obj-m :=hello.o //目标文件
#module-objs := file1.o file.o //当模块有多个文件组成时,添加本句
KDIR :=/usr/src/linux //内核路径,根据实际情况换成自己的内核路径,嵌入式的换成嵌入式,PC机的指定PC机路径
PWD := $(shell pwd) //模块源文件路径
all:
$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules
@rm -rf *.mod.*
@rm -rf .*.cmd
@rm -rf *.o
@rm -rf Module.*
clean:
rm -rf *.ko
最终会编译得到:hello.ko文件
使用insmodhello.ko将模块插入内核,然后使用dmesg即可看到输出提示信息。
常用的几种模块操作:
insmod XXX.ko 加载指定模块
lsmod 列举当前系统中的所有模块
rmmod XXX 卸载指定模块(注意没有.ko后缀)
dmesg 当打印等级低于默认输出等级时,采用此命令查看系统日志
3)linux内核模块的程序结构
1.模块加载函数:
Linux内核模块一般以__init标示声明,典型的模块加载函数的形式如下:
[cpp] view plaincopy
static int __init myModule_init(void)
{
/* Module init code */
PRINTK("myModule_init\n");
return 0;
}
module_init(myModule_init);
模块加载函数的名字可以随便取,但必须以“module_init(函数名)”的形式被指定;
执行insmod命令时被执行,用于初始化模块所必需资源,比如内存空间、硬件设备等;
它返回整形值,若初始化成功,应返回0,初始化失败返回负数。
2.模块卸载函数
典型的模块卸载函数形式如下:
[cpp] view plaincopy
static void __exit myModule_exit(void)
{
/* Module exit code */
PRINTK("myModule_exit\n");
return;
}
module_exit(myModule_exit);
模块卸载函数在模块卸载的时候执行,不返回任何值,需用”module_exit(函数名)”的形式被指定。
卸载模块完成与加载函数相反的功能:
若加载函数注册了XXX,则卸载函数应当注销XXX
若加载函数申请了内存空间,则卸载函数应当释放相应的内存空间
若加载函数申请了某些硬件资源(中断、DMA、I/0端口、I/O内存等),则卸载函数应当释放相应的硬件资源
若加载函数开启了硬件,则卸载函数应当关闭硬件。
其中__init 、__exit 为系统提供的两种宏,表示其所修饰的函数在调用完成后会自动回收内存,即内核认为这种函数只会被执行1次,然后他所占用的资源就会被释放。
3.模块声明与描述
在linux内核模块中,我们可以用MODULE_AUTHOR、MODULE_DESCRIPTION、MODULE_VERSION、MODULE_TABLE、MODULE_ALIA,分别描述模块的作者、描述、版本、设备表号、别名等。
[cpp] view plaincopy
MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World Module");
MODULE_ALIAS("a simplest module");
四、有关模块的其它特性
1)模块参数:
我们可以利用module_param(参数名、参数类型、参数读写属性) 为模块定义一个参数,例如:
[cpp] view plaincopy
static char *string_test = “this is a test”;
static num_test = 1000;
module_param (num_test,int,S_IRUGO);
module_param (steing_test,charp,S_ITUGO);
在装载模块时,用户可以给模块传递参数,形式为:”insmod 模块名 参数名=参数值”,如果不传递,则参数使用默认的参数值
参数的类型可以是:byte,short,ushort,int,uint,long,ulong,charp,bool;
权限:定义在linux/stat.h中,控制存取权限,S_IRUGO表示所有用户只读;
模块被加载后,在sys/module/下会出现以此模块命名的目录,当读写权限为零时:表示此参数不存在sysfs文件系统下的文件节点,当读写权限不为零时:此模块的目录下会存在parameters目录,包含一系列以参数名命名的文件节点,这些文件节点的权限值就是传入module_param()的“参数读/写权限“,而该文件的内容为参数的值。
除此之外,模块也可以拥有参数数组,形式为:”module_param_array(数组名、数组类型、数组长、参数读写权限等)”,当不需要保存实际的输入的数组元素的个数时,可以设置“数组长“为0。
运行insmod时,使用逗号分隔输入的数组元素。
下面是一个实际的例子,来说明模块传参的过程。
[cpp] view plaincopy
#include <linux/module.h> /*module_init()*/
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/init.h> /* __init __exit */
#define DEBUG //open debug message
#ifdef DEBUG
#define PRINTK(fmt, arg...) printk(KERN_WARNING fmt, ##arg)
#else
#define PRINTK(fmt, arg...) printk(KERN_DEBUG fmt, ##arg)
#endif
static char *string_test="default paramater";
static int num_test=1000;
static int __init hello_init(void)
{
PRINTK("\nthe string_test is : %s\n",string_test);
PRINTK("the num_test is : %d\n",num_test);
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
PRINTK(" input paramater module exit\n ");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
module_param(num_test,int,S_IRUGO);
module_param(string_test,charp,S_IRUGO);
MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");
当执行 insmod hello_param.ko时,执行dmesg 查看内核输出信息:
[cpp] view plaincopy
Hello World enter
the test string is: this is a test
the test num is :1000
当执行insmod hello_param.ko num_test=2000 string_test=“edit by dengwei”,执行dmesg查看内核输出信息:
[cpp] view plaincopy
Hello World enter
the test string is: edit by dengwei
the test num is :2000
2)导出模块及符号的相互引用
Linux2.6内核的“/proc/kallsyms“文件对应内核符号表,它记录了符号以及符号所在的内存地址,模块可以使用下列宏导到内核符号表中。
EXPORT_SYMBOL(符号名); 任意模块均可
EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名); 只使用于包含GPL许可权的模块
导出的符号可以被其它模块使用,使用前声明一下即可。
下面给出一个简单的例子:将add sub符号导出到内核符号表中,这样其它的模块就可以利用其中的函数
[cpp] view plaincopy
#include <linux/module.h> /*module_init()*/
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/init.h> /* __init __exit */
int add_test(int a ,int b)
{
return a + b;
}
int sub_test(int a,int b)
{
return a - b;
}
EXPORT_SYMBOL(add_test);
EXPORT_SYMBOL(sub_test);
MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");
执行 cat/proc/kallsyms | grep test 即可找到以下信息,表示模块确实被加载到内核表中。
[cpp] view plaincopy
f88c9008 r __ksymtab_sub_integar [export_symb]
f88c9020 r __kstrtab_sub_integar [export_symb]
f88c9018 r __kcrctab_sub_integar [export_symb]
f88c9010 r __ksymtab_add_integar [export_symb]
f88c902c r __kstrtab_add_integar [export_symb]
f88c901c r __kcrctab_add_integar [export_symb]
f88c9000 T add_tes [export_symb]
f88c9004 T sub_tes [export_symb]
13db98c9 a __crc_sub_integar [export_symb]
e1626dee a __crc_add_integar [export_symb]
在其它模块中可以引用此符号
[cpp] view plaincopy
#include <linux/module.h> /*module_init()*/
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/init.h> /* __init __exit */
#define DEBUG //open debug message
#ifdef DEBUG
#define PRINTK(fmt, arg...) printk(KERN_WARNING fmt, ##arg)
#else
#define PRINTK(fmt, arg...) printk(KERN_DEBUG fmt, ##arg)
#endif
extern int add_test(int a ,int b);
extern int sub_test(int a,int b);
static int __init hello_init(void)
{
int a,b;
a = add_test(10,20);
b = sub_test(30,20);
PRINTK("the add test result is %d",a);
PRINTK("the sub test result is %d\n",b);
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
PRINTK(" Hello World exit\n ");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_AUTHOR("dengwei");
MODULE_LICENSE("GPL");
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