linux驱动开发第1讲:带你编写一个最简单的字符设备驱动

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hello world！是广大程序员入门一门新语言的第一步。

今天，我们来看一个hello驱动，希望这是大家入门linux内核驱动的良好开局。

我的环境是ubuntu 14.04，内核版本 4.4.0-31-generic，本节我会开发一个基于ubuntu 14.04下的最简单的hello驱动，带大家领略驱动的魅力。

开发linux内核驱动需要以下4个步骤：

1. 编写hello驱动代码
2. 编写makefile
3. 编译和加载hello驱动
4. 编写应用程序测试hello驱动

驱动代码如下 helloDev.c，这是一个最小、最简单的驱动，我去掉了其他的不相干代码，尽量让大家能了解驱动本身。

#include <linux/module.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/slab.h>

#define BUFFER_MAX    (10)
#define OK            (0)
#define ERROR         (-1)

struct cdev *gDev;
struct file_operations *gFile;
dev_t  devNum;
unsigned int subDevNum = 1;
int reg_major  =  232;    
int reg_minor =   0;
char *buffer;
int flag = 0;
int hello_open(struct inode *p, struct file *f)
{
    printk(KERN_EMERG"hello_open\r\n");
    return 0;
}

ssize_t hello_write(struct file *f, const char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{
    printk(KERN_EMERG"hello_write\r\n");
    return 0;
}
ssize_t hello_read(struct file *f, char __user *u, size_t s, loff_t *l)
{
    printk(KERN_EMERG"hello_read\r\n");      
    return 0;
}
int hello_init(void)
{
    
    devNum = MKDEV(reg_major, reg_minor);
    if(OK == register_chrdev_region(devNum, subDevNum, "helloworld")){
        printk(KERN_EMERG"register_chrdev_region ok \n"); 
    }else {
    printk(KERN_EMERG"register_chrdev_region error n");
        return ERROR;
    }
    printk(KERN_EMERG" hello driver init \n");
    gDev = kzalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
    gFile = kzalloc(sizeof(struct file_operations), GFP_KERNEL);
    gFile->open = hello_open;
    gFile->read = hello_read;
    gFile->write = hello_write;
    gFile->owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(gDev, gFile);
    cdev_add(gDev, devNum, 3);
    return 0;
}

void __exit hello_exit(void)
{
    cdev_del(gDev);
    unregister_chrdev_region(devNum, subDevNum);
    return;
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

有了驱动文件之后，我们还需要一个Makefile才能把驱动编译出来：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := helloDev.o
else
PWD := $(shell pwd)
KDIR:= /lib/modules/4.4.0-31-generic/build
#KDIR := /lib/modules/`uname -r`/build
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD)
clean:	
	rm -rf *.o *.ko *.mod.c *.symvers *.c~ *~
endif

linux应用层程序在编译的时候，需要链接c运行时库和glibc库。那驱动需不需要呢？

驱动也需要，但是驱动不能链接和使用应用层的任何lib库，驱动需要引用内核的头文件和函数。所以，编译的时候需要指定内核源码的地址。为了开发方便，也可以安装内核开发包，之后引用这个内核开发包的目录也可以。本例为：/lib/modules/4.4.0-31-generic/build

驱动文件和Makefile都有了，那么接下来就可以编译和加载驱动了！

在驱动目录下，执行make进行编译：

编译出来的驱动文件，名称为：helloDev.ko

接下来把这个驱动加载到内核：

helloDriver加载成功，打印出了：

[11837.379638] register_chrdev_region ok

[11837.379642] hello driver init

可见，执行insmod的时候，驱动文件里的hello_init被调用了。

那驱动文件里的hello_exit什么时候会被调用呢？

可能聪明的你已经猜到了，那就是执行 rmmod helloDev.ko的时候。

本节来看驱动的测试。

我们需要编写一个应用层的程序来对hello驱动进行测试：(test.c)

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/select.h>


#define DATA_NUM    (64)
int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, i;
    int r_len, w_len;
    fd_set fdset;
    char buf[DATA_NUM]="hello world";
    memset(buf,0,DATA_NUM);
    fd = open("/dev/hello", O_RDWR);
	printf("%d\r\n",fd);
    if(-1 == fd) {
      	perror("open file error\r\n");
		return -1;
    }	
	else {
		printf("open successe\r\n");
	}
    
    w_len = write(fd,buf, DATA_NUM);
    r_len = read(fd, buf, DATA_NUM);
    printf("%d %d\r\n", w_len, r_len);
    printf("%s\r\n",buf);

    return 0;
}

编译并执行，发现错误，找不到设备文件：

这是因为还没有创建hello驱动的设备文件，我们为hello驱动手动创建设备文件：

root@ubuntu:/home/jinxin/drivers/helloDev# mknod /dev/hello c 232 0

备注：这里的232和0要跟驱动文件里定义的主次设备号对应起来！

然后再次执行测试程序，发现成功了：

root@ubuntu:/home/jinxin/drivers/helloDev# ./test 
3
open successe
0 0

root@ubuntu:/home/jinxin/drivers/helloDev# 

然后再次执行dmesg查看驱动输出，发现驱动里的hell_open, hello_write, hello_read被依次调用了。

这就是一个完整的、最简单的驱动的开发和测试的流程。

我想大家可能会有几个问题：

1.驱动测试的时候为什么要有设备文件，设备文件的作用是什么？hello驱动的设备文件创建的时候为什么要指定主设备号为232, 此设备号为0？

2.对/dev/hello执行write()调用的时候，怎么就调用到了驱动里的hello_write()里去了？

3.测试程序的read和write的返回值为什么都是0？

针对以上可能的问题，敬请期待《linux内核驱动第2讲》，我会一一回答以上问题。

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