驱动程序开发:驱动程序基本框架

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:16:06

　　前言
　　不管是Windows还是Linux，驱动程序都扮演着重要的角色。应用程序只能通过驱动程序才能同硬件设备或系统内核通讯。Linux内核对不同的系统定义了标准的接口（API），应用程序就是通过这些标准的接口来操作内核和硬件。驱动可以被编译的内核中（build-in），也可以做为内核模块（Module）存在于内核的外面，需要的时候动态插入到内核中运行。
　　就像你学习操作系统概念时所了解的那样，Linux内核也分为几个大的部分：进程管理、内存管理、文件系统、设备控制、网络系统等。
　　这里就不对Linux系统内核的各个部分做过多的介绍了，在后面的学习中你就会逐渐地对这些概念有个更深入的了解。其实Linux内核的精髓远不止这些，对于一个Linux内核的爱好者或开发者来说，最好详细的浏览内核源代码，订阅Linux内核相关的邮件列表，或是登陆Linux开发社区。更多的信息，请登陆Linux内核官方网站：http://www.kernel.org
　　一个简单的驱动
　　下面我们来编写第一个驱动程序，它很简单，在运行时会输出‘Hello World’消息。
　　// hello.c
　　#include
　　#include
　　#include
　　static int __init hello_init(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Hello World！\n");
　　return 0;
　　}
　　static void __exit hello_exit(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n");
　　}
　　module_init(hello_init);
　　module_exit(hello_exit);
　　MODULE_LICENSE("GPL");
　　这就是一个简单的驱动程序，它什么也没做，仅仅是输出一些信息，不过对于我们来说这已经足够了。保存这个程序，命名为hello.c。在写一个Makefile文件用来编译它，Makefile和hello.c文件保存在同一个目录下。
　　##Makefile
　　ifneq ($(KERNELRELEASE),)
　　MODULE_NAME = helloworld
　　$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
　　obj-m := $(MODULE_NAME).o
　　else
　　KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
　　MODULEDIR := $(shell pwd)
　　.PHONY: modules
　　default: modules
　　modules:
　　make -C $(KERNEL_DIR) M=$(MODULEDIR) modules
　　clean distclean:
　　rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko
　　rm -rf .tmp_versions
　　endif
　　编译并运行这个模块：
　　//需要root权限来运行
　　make
　　insmod helloworld.ko
　　rmmod helloworld.ko
　　尽管我们对它的一些细节还不够了解，它确实神奇的工作了，这个Hello World信息输出到了屏幕终端上（不是VT），www.britepic.org或者系统的Kenrel log里（/var/log/messages），你可以通过运行dmesg来看到这些信息。
　　驱动基础
　　我们通过分析上面的代码来了解一个驱动程序的基本概念。
　　头文件
　　就像你写C程序需要包含C库的头文件那样，Linux内核编程也需要包含Kernel头文件，大多的Linux驱动程序需要包含下面三个头文件：
　　#include
　　#include
　　#include
　　init.h 定义了驱动的初始化和退出相关的函数，
　　kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义
　　module.h 定义了内核模块相关的函数、变量及宏。
　　初始化
　　任何一个驱动都去需要提供一个初始化函数，当驱动加载到内核中时，这个初始化函数就会被自动执行，初始化的函数原型定义如下：
　　typedef int (*initcall_t)(void);
　　驱动程序是通过module_init宏来声明初始化函数的：
　　static int __init hello_init(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Hello World！\n");
　　return 0;
　　}
　　module_init(hello_init);
　　__init 宏告诉编译器如果这个模块被编译到内核则把这个函数放到（.init.text）段，这样当函数初始化完成后这个区域可以被清除掉以节约系统内存。Kenrel启动时看到的消息“Freeing unused kernel memory: xxxk freed”同它有关。
　　初始化函数是有返回值的，只有在初始化成功是才返回0，否则返回错误码（errno）。
　　卸载
　　如果驱动程序编译成模块（动态加载）模式，那么它需要一个清理函数。当移除一个内核模块时这个函数被调用执行清理工作。清理函数的函数原型定义为：
　　typedef void (*exitcall_t)(void);
　　驱动程序是通过module_exit宏来声明清理函数的：
　　static void __exit hello_exit(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n");
　　}
　　module_exit(hello_exit);
　　同__init类似，如果驱动被编译进内核，则__exit宏会忽略清理函数，因为编译进内核的模块不需要做清理工作。显然，__init和__exit对动态加载的模块是无效的。
　　版权信息
　　Linux内核是按照GPL发布的，同样Linux的驱动程序也要提供版权信息，否则当加载到内核中是系统会给出警告信息。Hello World例子中的版权信息是GPL。
　　MODULE_LICENSE("GPL");
　　后续
　　这里你了解了一个驱动程序的基本框架，所有的驱动都会包含这些内容。这里我们没有对Linux 驱动程序的编译系统做详细的介绍，因为它相对C应用程序的编译有些复杂。Linux2.6内核采用Kbuild系统做编译，下一章你会了解到Kbuild的详细内容。

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