红旗认证辅导：驱动程序基本框架

会计考友

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。
3 T$ D* O4 H" f/ ~　　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
; U; \; U9 Q% V' u9 D" Q8 \　　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。
; l% q: \) L; V' W) \9 }# O　　// hello.c
4 d2 z9 d$ p9 i) M　　#include
* I. ~" z1 D# E8 O5 U4 r" Y　　#include
: q" s% w. M5 e9 G　　#include
　　static int __init hello_init(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Hello World！\n");
0 ^* M) r& w( `6 Q　　return 0;
　　}
4 }% c. M6 k7 j8 l4 y# u6 U$ ~　　static void __exit hello_exit(void)
! M7 ]3 K7 Q5 \6 _　　{
9 d3 y; R1 v- i& ^1 V$ z　　printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n");
　　}
. A& N; f* r! T& L　　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),)
! D' y# ?9 r- Z& |　　MODULE_NAME = helloworld
　　$(MODULE_NAME)-objs := hello.o
　　obj-m := $(MODULE_NAME).o
　　else
  Y  ~' M: i/ @# k% N! ^& N　　KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build
. ?/ o% e7 i$ k　　MODULEDIR := $(shell pwd)
7 I6 t, c* w: D7 e( l+ r　　.PHONY: modules
5 [1 _1 k# _4 O* V* {# N' [　　default: modules
　　modules:
　　make -C $(KERNEL_DIR) M=$(MODULEDIR) modules
7 Z! Q9 X8 B5 u% c& m　　clean distclean:
0 M- n0 `, q  V+ `2 f1 C: R, g　　rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko
2 v. c; {, F" B3 ]; ]$ w/ z/ n5 ^; x　　rm -rf .tmp_versions
% O  V5 n* B, \3 m% c  b) n" y6 T9 @　　endif

会计考友

　　编译并运行这个模块：
/ k$ w2 t- }, y1 ~　　//需要root权限来运行
: v9 c3 y; N6 ^1 ~　　make
# g/ C0 {, a& D　　insmod helloworld.ko
* ?/ q/ d# \! j( w) I/ t$ A1 g　　rmmod helloworld.ko
% Z( o. [2 N/ Q! P/ c. f5 }　　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
( f2 y4 }0 p9 S) ]　　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
% H7 r3 Z# ^& z8 k1 @% i3 T4 t　　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
/ W( I) a& j  R$ v7 a　　#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
5 i- F. Y, N- _. P) S　　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：
( \" }# k0 t/ H　　typedef int (*initcall_t)(void);
3 g0 E: q% T/ l) Q) A　　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)
1 {  M' O9 l" N! H　　{
　　printk(KERN_ALERT "Hello World！\n");
　　return 0;
　　}
# G7 m% z3 Q, X5 T5 J7 Q* r　　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。
1 f. i: i: q) h( O; J* q1 \9 C　　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：
  u0 M7 U, X% @& @　　typedef void (*exitcall_t)(void);
　　驱动程序是通过module_exit宏来声明清理函数的：
8 ~6 j' w, S9 E# x9 {　　static void __exit hello_exit(void)
　　{
　　printk(KERN_ALERT "Goodbye World！\n");
　　}
　　module_exit(hello_exit);
' a  F6 K  z# x　　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。
- T4 @3 S, q7 j* s+ u　　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。
+ F8 d$ Q, H% }0 Q! D- j　　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。