http://blog.csdn.net/haomcu/article/details/10364329

2013

上一篇介紹了Linux驅(qū)動的概念,，以及l(fā)inux下設(shè)備驅(qū)動的基本分類情況及其各個分類的依據(jù)和差異,，這一篇我們來描述如何寫一個類似hello world的簡單測試驅(qū)動程序。而這個驅(qū)動的唯一功能就是輸出hello world,。

在編寫具體的實例之前,，我們先來了解下linux內(nèi)核下調(diào)試程序的一個重要函數(shù)printk以及幾個重要概念。

printk類似C語言的printf,，是內(nèi)核中輸出打印信息的函數(shù),。以后驅(qū)動調(diào)試中的重要性不言而喻，下面先做一個簡單介紹,。

printk的級別

日志級別一共有8個級別,，printk的日志級別定義如下（在include/linux/kernel.h中）：　　
#define KERN_EMERG 0/*緊急事件消息，系統(tǒng)崩潰之前提示,，表示系統(tǒng)不可用*/　　
#define KERN_ALERT 1/*報告消息,，表示必須立即采取措施*/　　
#define KERN_CRIT 2/*臨界條件，通常涉及嚴重的硬件或軟件操作失敗*/　　
#define KERN_ERR 3/*錯誤條件,，驅(qū)動程序常用KERN_ERR來報告硬件的錯誤*/　　
#define KERN_WARNING 4/*警告條件,，對可能出現(xiàn)問題的情況進行警告*/　　
#define KERN_NOTICE 5/*正常但又重要的條件，用于提醒*/　　
#define KERN_INFO 6/*提示信息,，如驅(qū)動程序啟動時,，打印硬件信息*/　　
#define KERN_DEBUG 7/*調(diào)試級別的消息*/

沒有指定日志級別的printk語句默認采用的級別是：DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL（這個默認級別一般為<4>,即與KERN_WARNING在一個級別上），其定義在kernel/printk.c中可以找到,。在驅(qū)動調(diào)試過程中打開所有日志信息可使用echo 7 > /proc/sys/kernel/printk,，相對應(yīng)關(guān)閉日志使用echo 0 > /proc/sys/kernel/printk。

下面再來介紹幾個重要的概念,，這些概念可以先做一個了解,，后續(xù)的文章中還會提到。

內(nèi)核空間和用戶空間

linux系統(tǒng)分為兩個級別,。內(nèi)核運行在最高級別,，可以進行所有的操作。而應(yīng)用程序運行在最低級別,，處理器控制著對硬件的直接訪問以及對內(nèi)存的非授權(quán)訪問,。內(nèi)核空間和用戶空間不僅有不同的優(yōu)先級等級,，而且有不同的內(nèi)存映射，有各自的地址空間,。詳見內(nèi)存管理,。

應(yīng)用程序只能通過系統(tǒng)調(diào)用或中斷從用戶空間切換到內(nèi)核空間，其中系統(tǒng)調(diào)用是軟中斷（0x80號中斷）,。執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的系統(tǒng)代碼運行在進程上下文中,，它代表調(diào)用進程執(zhí)行操作，因此能夠訪問進程地址空間的所有數(shù)據(jù),。而處理硬件中斷的內(nèi)核代碼和進程是異步的,，與任何一個特定進程無關(guān)。

內(nèi)核中的并發(fā)

內(nèi)核編程區(qū)別于常見應(yīng)用程序編程的地方在于對并發(fā)的處理,。大部分應(yīng)用程序除多線程外,，通常是順序執(zhí)行的，不需要關(guān)心由于其他事情的發(fā)生而改變它的運行環(huán)境,。內(nèi)核代碼不是這樣,，同一時刻，可能有多個進程使用訪問同一個模塊,。

內(nèi)核編程要考慮并發(fā)問題的原因：1.linux是通常正在運行多個并發(fā)進程,，并且可能有多個進程同時使用我們的驅(qū)動程序。2.大多數(shù)設(shè)備能夠中斷處理器,，而中斷處理程序異步進行，而且可能在驅(qū)動程序正試圖處理其它任務(wù)時被調(diào)用,。3.一些類似內(nèi)核定時器的代碼在異步運行,。4.運行在對稱多處理器上（SMP），不止一個cpu在運行驅(qū)動程序,。5.內(nèi)核代碼是可搶占的,。

當前進程

內(nèi)核代碼可通過訪問全局項current來獲得當前進程。current指針指向當前正在運行的進程,。在open,、read、等系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程中,，當前進程指的是調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用的進程,。內(nèi)核代碼可以通過current指針獲得與當前進程相關(guān)的信息。

內(nèi)核中帶“__”的函數(shù)：內(nèi)核API函數(shù)具有這種名稱的,，通常都是一些接口的底層函數(shù),，應(yīng)該謹慎使用。實質(zhì)上,，這里的雙下劃線就是要告訴程序員：謹慎調(diào)用,，否則后果自負,。以__init為例，__init表明該函數(shù)僅在初始化期間使用,。在模塊被裝載之后,，模塊裝載器就會將初始化函數(shù)扔掉，這樣可以將函數(shù)占用的內(nèi)存釋放出來,，已做它用,。注意，不要在結(jié)束初始化之后仍要使用的函數(shù)（或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）上使用__init,、__initdata標記,。這里摘抄網(wǎng)上的一段總結(jié)，如下,。

__init,， __initdata等屬性標志，是要把這種屬性的代碼放入目標文件的.init.text節(jié),，數(shù)據(jù)放入.init.data節(jié)──這一過程是通過編譯內(nèi)核時為相關(guān)目標平臺提供了xxx.lds鏈接腳本來指導ld完成的,。
   對編譯成module的代碼和數(shù)據(jù)來說，當模塊加載時,，__init屬性的函數(shù)就被執(zhí)行;
   對靜態(tài)編入內(nèi)核的代碼和數(shù)據(jù)來說,，當內(nèi)核引導時，do_basic_setup()函數(shù)調(diào)用do_initcalls()函數(shù),，后者負責所有.init節(jié)函數(shù)的執(zhí)行,。
   在初始化完成后，用這些關(guān)鍵字標識的函數(shù)或數(shù)據(jù)所占的內(nèi)存會被釋放掉,。
1） 所有標識為__init的函數(shù)在鏈接的時候都放在.init.text這個區(qū)段內(nèi),，在這個區(qū)段中，函數(shù)的擺放順序是和鏈接的順序有關(guān)的,，是不確定的,。 
2） 所有的__init函數(shù)在區(qū)段.initcall.init中還保存了一份函數(shù)指針，在初始化時內(nèi)核會通過這些函數(shù)指針調(diào)用這些__init函數(shù)指針,，并在整個初始化完成后,，釋放整個init區(qū)段（包括.init.text，.initcall.init等）,，注意,，這些函數(shù)在內(nèi)核初始化過程中的調(diào)用順序只和這里的函數(shù)指針的順序有關(guān)，和1）中所述的這些函數(shù)本身在.init.text區(qū)段中的順序無關(guān),。 

下面我們來看一個驅(qū)動程序的hello world程序是如何實現(xiàn)的：

內(nèi)核模塊的編譯與應(yīng)用程序的編譯有些區(qū)別,，此hello world模塊的編譯命令為：

make -C /xxx/xxx/kernel_src/ M=$(PWD) modules

其中/xxx/xxx/kernel_src/ 為已經(jīng)配置編譯過的內(nèi)核源碼路徑，ubuntu下一般在/lib/modules/$(shell uname -r)/build目錄下。

此函數(shù)只有兩個函數(shù),，一個是hello_init,，在insmod的時候執(zhí)行，這個是模塊的初始化函數(shù),，另一個是hello_exit,，在rmmod的時候執(zhí)行，是模塊卸載時要執(zhí)行的函數(shù),。此模塊的唯一功能就是在insmod的時候輸出Hello,，world，在rmmod的時候輸出Goodbye,，cruel world,。

Makefile模板