【Linux】基于框架编写驱动代码、驱动代码编译和测试

基于框架编写驱动代码
驱动代码编译和测试

• ARM架构上进行Linux内核模块的交叉编译

总结

• 内核驱动框架基本
• 驱动测试步骤

基于框架编写驱动代码

编写一个Linux设备驱动框架需要一些基本的步骤，以及一些特定于硬件的信息。由于你提到基于PIN4，我将提供一个简单的框架，你需要根据实际硬件规格进行适当的修改。以下是一个通用的Linux设备驱动框架示例：

#include 				// 包含了模块初始化和清理函数的宏定义。
#include 			// 提供了Linux内核模块的基本函数和宏。
#include 				// 包含了文件系统相关的数据结构和函数。
#include 				// 定义了字符设备相关的结构和函数。
#include 			// 包含了设备类和设备的定义。
#include 			// 提供了用户空间和内核空间数据传输的函数。

// Define driver name and device class定义驱动名称和设备类别
#define DRIVER_NAME "pin4_driver"	// 定义驱动程序名称的宏
#define CLASS_NAME "pin4_class"		// 定义设备类别名称的宏

// Module information模块信息
MODULE_LICENSE("GPL");				// 指定模块的许可证（在此为GPL）
MODULE_AUTHOR("Your Name");			// 指定模块的作者
MODULE_DESCRIPTION("Linux Device Driver for PIN4");	// 指定模块的描述
MODULE_VERSION("0.1");				// 指定模块的版本号

// Driver related variables驱动相关变量
static int majorNumber;						// 变量，用于存储分配给驱动程序的主设备号
static struct class* pin4Class = NULL;		// 指向表示设备类别的结构体的指针
static struct device* pin4Device = NULL;	// 指向表示设备的结构体的指针

// Function prototypes函数原型 Driver function prototype declaration驱动函数原型声明
static int pin4Driver_open(struct inode*, struct file*);						// 驱动打开函数原型声明
static int pin4Driver_release(struct inode*, struct file*);						// 驱动关闭函数原型声明
static ssize_t pin4Driver_read(struct file*, char*, size_t, loff_t*);			// 驱动读取函数原型声明
static ssize_t pin4Driver_write(struct file*, const char*, size_t, loff_t*);	// 驱动写入函数原型声明

// File operations structure文件操作结构 Driver operation structure驱动操作结构体
static struct file_operations fops = {
    .open = pin4Driver_open,			// 驱动打开函数
    .release = pin4Driver_release,		// 驱动关闭函数
    .read = pin4Driver_read,			// 驱动读取函数
    .write = pin4Driver_write,			// 驱动写入函数
};

// Driver initialization function驱动初始化函数
static int __init pin4Driver_init(void) {
    // Dynamically allocate a major number动态分配主设备号
    majorNumber = register_chrdev(0, DRIVER_NAME, &fops);
    if (majorNumber < 0) {
        printk(KERN_ALERT "Failed to register a major number\n");
        return majorNumber;
    }

    // Register the device class注册设备类别
    pin4Class = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);
    if (IS_ERR(pin4Class)) {
        unregister_chrdev(majorNumber, DRIVER_NAME);
        printk(KERN_ALERT "Failed to register device class\n");
        return PTR_ERR(pin4Class);
    }

    // Register the device driver注册设备驱动程序
    pin4Device = device_create(pin4Class, NULL, MKDEV(majorNumber, 0), NULL, DRIVER_NAME);
    if (IS_ERR(pin4Device)) {
        class_destroy(pin4Class);
        unregister_chrdev(majorNumber, DRIVER_NAME);
        printk(KERN_ALERT "Failed to create the device\n");
        return PTR_ERR(pin4Device);
    }

    printk(KERN_INFO "PIN4 driver initialized\n");
    return 0;
}

// Driver exit function驱动程序退出功能
static void __exit pin4Driver_exit(void) {
    device_destroy(pin4Class, MKDEV(majorNumber, 0));
    class_unregister(pin4Class);
    class_destroy(pin4Class);
    unregister_chrdev(majorNumber, DRIVER_NAME);
    printk(KERN_INFO "PIN4 driver exited\n");
}

// Open driver打开驱动程序
static int pin4Driver_open(struct inode* inodep, struct file* filep) {
    printk(KERN_INFO "PIN4 driver opened\n");
    return 0;
}

// Release driver释放驱动程序
static int pin4Driver_release(struct inode* inodep, struct file* filep) {
    printk(KERN_INFO "PIN4 driver closed\n");
    return 0;
}

// Read from driver从驱动程序读取数据
static ssize_t pin4Driver_read(struct file* filep, char* buffer, size_t len, loff_t* offset) {
    printk(KERN_INFO "Reading from PIN4 driver\n");
    // Implement your read logic here在这里实现你的读取逻辑
    return 0;
}

// Write to driver向驱动程序写入数据
static ssize_t pin4Driver_write(struct file* filep, const char* buffer, size_t len, loff_t* offset) {
    printk(KERN_INFO "Writing to PIN4 driver\n");
    // Implement your write logic here在这里实现你的写入逻辑
    return len;
}

// Register initialization and exit functions注册初始化和退出函数
module_init(pin4Driver_init);
module_exit(pin4Driver_exit);

请注意，上述代码是一个简单的框架，它包含了初始化和清理函数、打开、释放、读和写文件操作。你需要根据实际硬件和设备规格填充相应的读写逻辑。在这个框架中，设备被创建为字符设备，并可以通过 /dev/pin4_driver 访问。

驱动代码编译和测试

在Linux内核驱动开发中，编译和测试驱动代码通常包括以下步骤：

编写 Makefile

首先，创建一个名为 Makefile 的文件，其中包含编译驱动程序的规则。以下是一个简单的示例：

obj-m += pin4_driver.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

编译驱动

打开终端，进入包含驱动代码的目录，并运行以下命令编译驱动：

make

如果一切顺利，将生成一个名为 pin4_driver.ko 的内核模块。

加载驱动

加载生成的内核模块：

sudo insmod pin4_driver.ko

查看日志

查看内核日志以获取有关加载过程的信息：

dmesg

卸载驱动

卸载加载的内核模块：

sudo rmmod pin4_driver

查看日志

再次查看内核日志以获取有关卸载过程的信息：

dmesg

这些步骤是通用的，但请注意，确保你的系统上已安装了构建内核模块所需的开发工具和头文件。在一些系统上，你可能需要安装 build-essential、linux-headers 或类似的软件包。

请记住，内核模块的测试通常涉及到与硬件或模拟硬件进行交互，具体取决于你的驱动目的。如果涉及到硬件，确保你的硬件连接正确。如果驱动程序用于模拟硬件，则可能需要编写用户空间测试应用程序，通过设备文件进行交互。

以上是一个简单的示例，具体取决于你的驱动程序的复杂性和特定的需求。

ARM架构上进行Linux内核模块的交叉编译

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules

命令是用于在ARM架构上进行Linux内核模块的交叉编译。以下是该命令的分解：

• ARCH=arm：指定目标架构为ARM。
• CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-：指定ARM交叉编译器的前缀。在从不同架构进行交叉编译时，这是必需的。
• KERNEL=kernel7：指定内核版本或源代码目录。在此情况下，设置为kernel7。根据你的实际情况，可能需要根据内核源代码的位置或目标内核版本进行调整。

该命令试图使用指定的ARM交叉编译器构建内核模块。

在运行此命令之前，请确保你的系统上安装了必要的工具链（例如arm-linux-gnueabihf-gcc等）。另外，确保你具有针对目标架构的正确内核头文件。

以下是该命令的逐步解释：

1. ARCH=arm：将架构设置为ARM。
2. CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-：设置ARM的交叉编译器前缀。
3. KERNEL=kernel7：指定内核版本或源代码目录。

然后，它调用make命令以构建内核模块（modules目标）。

在运行此命令之前，请确保你位于包含内核模块源代码的正确目录，并且在运行之前安装了必要的依赖项。如果遇到任何问题，请检查错误消息，并确保你的交叉编译环境设置正确。

总结

内核驱动框架基本

驱动代码的编写

1. 定义和注册驱动函数： 编写驱动的核心功能，包括打开、关闭、读取和写入等函数。在文件操作结构体中注册这些函数。

内核驱动编译

1. 拷贝到 driver/char 目录： 通常，将驱动代码放置在内核源代码树的适当位置，例如 drivers/char 目录。
2. 修改 Makefile： 更新 Makefile 以包含新的驱动文件，确保编译器知道要编译该驱动。
3. 使用交叉编译器编译： 使用适当的交叉编译器、架构和内核版本编译驱动。

ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make modules

驱动测试步骤

1. 内核驱动装载： 使用 insmod 命令加载驱动模块。

   sudo insmod your_driver.ko
   

2. 内核驱动卸载： 使用 rmmod 命令卸载已加载的驱动模块。

   sudo rmmod your_driver
   

3. 查看内核模块： 使用 lsmod 命令查看已加载的内核模块。

   lsmod
   

4. 验证步骤：
   • 装载驱动： 使用 insmod 加载驱动模块。
   • 生成设备节点： 驱动加载后，系统可能会自动生成设备节点（例如 /dev/PIN4）。
   • 设置访问权限： 使用 sudo chmod 666 /dev/PIN4 添加访问权限。
   • 运行测试程序： 编写一个测试程序，调用驱动程序的功能。
   • 查看内核日志： 使用 dmesg 命令查看内核的打印信息，以便验证驱动的行为。

通过这些步骤，你可以加载、卸载和测试你的内核驱动程序，确保其正确性和稳定性。

内核的printk是内核态的printf