[转]精华：LINUX字符设备驱动程序实例(scull) (

【1.系统环境】

该驱动程序在UBUNTU10.04LTS编译通过，系统内核为linux-2.6.32-24(可使用uname -r 命令来查看当前内核的版本号)

由于安装UBUNTU10.04LTS时，没有安装LINUX内核源码，因此需要在www.kernel.org下载LINUX源码，下载linux-2.6.32.22.tar.bz2(与系统运行的LINUX内核版本尽量保持一致)，使用如下命令安装内核：

1.解压内核

cd /us/src tar jxvf linux-2.6.32.22.tar.bz2

2.为系统的include创建链接文件

cd /usr/include rm -rf asm linux scsi ln -s /usr/src/linux-2.6.32.22/include/asm-generic asm ln -s /usr/src/linux-2.6.32.22/include/linux linux ln -s /usr/src/linux-2.6.32.22/include/scsi scsi

LINUX内核源码安装完毕

【2.驱动程序代码】

/****************************************************************************** *Name: memdev.c *Desc: 字符设备驱动程序的框架结构，该字符设备并不是一个真实的物理设备， * 而是使用内存来模拟一个字符设备 *Parameter:  *Return: *Author: yoyoba(stuyou@126.com) *Date: 2010-9-26 *Modify: 2010-9-26 ********************************************************************************/ #include <linux/module.h> #include <linux/types.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/mm.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/init.h> #include <linux/cdev.h> #include <asm/io.h> #include <asm/system.h> #include <asm/uaccess.h> #include "memdev.h" static mem_major = MEMDEV_MAJOR; module_param(mem_major, int, S_IRUGO); struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/ struct cdev cdev;  /*文件打开函数*/ int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp) {     struct mem_dev *dev;          /*获取次设备号*/     int num = MINOR(inode->i_rdev);     if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)              return -ENODEV;     dev = &mem_devp[num];          /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/     filp->private_data = dev;          return 0;  } /*文件释放函数*/ int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp) {   return 0; } /*读函数*/ static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos) {   unsigned long p = *ppos;   unsigned int count = size;   int ret = 0;   struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/   /*判断读位置是否有效*/   if (p >= MEMDEV_SIZE)     return 0;   if (count > MEMDEV_SIZE - p)     count = MEMDEV_SIZE - p;   /*读数据到用户空间*/   if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))   {     ret = - EFAULT;   }   else   {     *ppos += count;     ret = count;          printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);   }   return ret; } /*写函数*/ static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t*ppos) {   unsigned long p = *ppos;   unsigned int count = size;   int ret = 0;   struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/      /*分析和获取有效的写长度*/   if (p >= MEMDEV_SIZE)     return 0;   if (count > MEMDEV_SIZE - p)     count = MEMDEV_SIZE - p;        /*从用户空间写入数据*/   if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))     ret = - EFAULT;   else   {     *ppos += count;     ret = count;          printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);   }   return ret; } /* seek文件定位函数 */ static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence) {      loff_t newpos;     switch(whence) {       case 0: /* SEEK_SET */         newpos = offset;         break;       case 1: /* SEEK_CUR */         newpos = filp->f_pos + offset;         break;       case 2: /* SEEK_END */         newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;         break;       default: /* can't happen */         return -EINVAL;     }     if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))      return -EINVAL;           filp->f_pos = newpos;     return newpos; } /*文件操作结构体*/ static const struct file_operations mem_fops = {   .owner = THIS_MODULE,   .llseek = mem_llseek,   .read = mem_read,   .write = mem_write,   .open = mem_open,   .release = mem_release, }; /*设备驱动模块加载函数*/ static int memdev_init(void) {   int result;   int i;   dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);   /* 静态申请设备号*/   if (mem_major)     result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");   else /* 动态分配设备号 */   {     result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");     mem_major = MAJOR(devno);   }       if (result < 0)     return result;   /*初始化cdev结构*/   cdev_init(&cdev, &mem_fops);   cdev.owner = THIS_MODULE;   cdev.ops = &mem_fops;      /* 注册字符设备 */   cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);       /* 为设备描述结构分配内存*/   mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);   if (!mem_devp) /*申请失败*/   {     result = - ENOMEM;     goto fail_malloc;   }   memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));      /*为设备分配内存*/   for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)    {         mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;         mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);         memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);   }        return 0;   fail_malloc:    unregister_chrdev_region(devno, 1);      return result; } /*模块卸载函数*/ static void memdev_exit(void) {   cdev_del(&cdev); /*注销设备*/   kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/   unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/ } MODULE_AUTHOR("David Xie"); MODULE_LICENSE("GPL"); module_init(memdev_init); module_exit(memdev_exit);

/************************ *memdev.h ************************/ #ifndef _MEMDEV_H_ #define _MEMDEV_H_ #ifndef MEMDEV_MAJOR #define MEMDEV_MAJOR 260 /*预设的mem的主设备号*/ #endif #ifndef MEMDEV_NR_DEVS #define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/ #endif #ifndef MEMDEV_SIZE #define MEMDEV_SIZE 4096 #endif /*mem设备描述结构体*/ struct mem_dev  {    char *data;    unsigned long size;  }; #endif /* _MEMDEV_H_ */

【3.编译驱动程序模块】

Makefile文件的内容如下：

ifneq ($(KERNELRELEASE),) obj-m:=memdev.o else KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD:=$(shell pwd) default:  $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean:  rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko endif

切换到root下，执行make时，如果UBUNTU是使用虚拟机安装的，那么执行make时，不要在ubuntu和windows的共享目录下，否则会出错。

root@VMUBUNTU:~# make make -C /lib/modules/2.6.32-24-generic/build M=/root modules make[1]: Entering directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-24-generic'   CC [M] /root/memdev.o /root/memdev.c:15: warning: type defaults to ‘int’ in declaration of ‘mem_major’ /root/memdev.c: In function ‘mem_read’: /root/memdev.c:71: warning: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 3 has type ‘long unsigned int’ /root/memdev.c: In function ‘mem_write’: /root/memdev.c:99: warning: format ‘%d’ expects type ‘int’, but argument 3 has type ‘long unsigned int’   Building modules, stage 2.   MODPOST 1 modules   CC /root/memdev.mod.o   LD [M] /root/memdev.ko make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-2.6.32-24-generic'

ls查看当前目录的内容

root@VMUBUNTU:~# ls Makefile memdev.h memdev.mod.c memdev.o Module.symvers memdev.c memdev.ko memdev.mod.o modules.order

这里的memdev.ko就是生成的驱动程序模块。

通过insmod命令把该模块插入到内核

root@VMUBUNTU:~# insmod memdev.ko

查看插入的memdev.ko驱动

root@VMUBUNTU:~# cat /proc/devices Character devices:   1 mem   4 /dev/vc/0   4 tty   4 ttyS   5 /dev/tty   5 /dev/console   5 /dev/ptmx 260 memdev   6 lp   7 vcs  10 misc  13 input  14 sound  21 sg  29 fb  99 ppdev 108 ppp 116 alsa 128 ptm 136 pts 180 usb 189 usb_device 226 drm 251 hidraw 252 usbmon 253 bsg 254 rtc Block devices:   1 ramdisk 259 blkext   7 loop   8 sd   9 md  11 sr  65 sd  66 sd  67 sd  68 sd  69 sd  70 sd  71 sd 128 sd 129 sd 130 sd 131 sd 132 sd 133 sd 134 sd 135 sd 252 device-mapper 253 pktcdvd 254 mdp

可以看到memdev驱动程序被正确的插入到内核当中，主设备号为260，该设备号为memdev.h中定义的#define MEMDEV_MAJOR 260。

如果这里定义的主设备号与系统正在使用的主设备号冲突，比如主设备号定义如下：#define MEMDEV_MAJOR 254，那么在执行insmod命令时，就会出现如下的错误：

root@VMUBUNTU:~# insmod memdev.ko insmod: error inserting 'memdev.ko': -1 Device or resource busy

查看当前设备使用的主设备号

root@VMUBUNTU:~# cat /proc/devices Character devices:   1 mem   4 /dev/vc/0   4 tty   4 ttyS   5 /dev/tty   5 /dev/console   5 /dev/ptmx   6 lp   7 vcs  10 misc  13 input  14 sound  21 sg  29 fb  99 ppdev 108 ppp 116 alsa 128 ptm 136 pts 180 usb 189 usb_device 226 drm 251 hidraw 252 usbmon 253 bsg 254 rtc Block devices:   1 ramdisk 259 blkext   7 loop   8 sd   9 md  11 sr  65 sd  66 sd  67 sd  68 sd  69 sd  70 sd  71 sd 128 sd 129 sd 130 sd 131 sd 132 sd 133 sd 134 sd 135 sd 252 device-mapper 253 pktcdvd 254 mdp

发现字符设备的254主设备号为rtc所使用，因此会出现上述错误，解决方法只需要在memdev.h中修改主设备号的定义即可。

【4.编写应用程序，测试该驱动程序】

首先应该在/dev/目录下创建与该驱动程序相对应的文件节点，使用如下命令创建：

root@VMUBUNTU:/dev# mknod memdev c 260 0

使用ls查看创建好的驱动程序节点文件

root@VMUBUNTU:/dev# ls -al memdev crw-r--r-- 1 root root 260, 0 2010-09-26 17:28 memdev

编写如下应用程序，来对驱动程序进行测试。

/****************************************************************************** *Name: memdevapp.c *Desc: memdev字符设备驱动程序的测试程序。先往memedev设备写入内容，然后再 * 从该设备中把内容读出来。 *Parameter:  *Return: *Author: yoyoba(stuyou@126.com) *Date: 2010-9-26 *Modify: 2010-9-26 ********************************************************************************/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <unistd.h> #include <linux/i2c.h> #include <linux/fcntl.h> int main() {  int fd;  char buf[]="this is a example for character devices driver by yoyoba!";//写入memdev设备的内容  char buf_read[4096]; //memdev设备的内容读入到该buf中    if((fd=open("/dev/memdev",O_RDWR))==-1) //打开memdev设备   printf("open memdev WRONG！\n");  else   printf("open memdev SUCCESS!\n");     printf("buf is %s\n",buf);   write(fd,buf,sizeof(buf)); //把buf中的内容写入memdev设备    lseek(fd,0,SEEK_SET); //把文件指针重新定位到文件开始的位置    read(fd,buf_read,sizeof(buf)); //把memdev设备中的内容读入到buf_read中    printf("buf_read is %s\n",buf_read);    return 0; }

编译并执行该程序

root@VMUBUNTU:/mnt/xlshare# gcc -o mem memdevapp.c root@VMUBUNTU:/mnt/xlshare# ./mem open memdev SUCCESS! buf is this is a example for character devices driver by yoyoba! buf_read is this is a example for character devices driver by yoyoba!

表明驱动程序工作正常。。。

【5.LINUX是如何make驱动程序模块的】

Linux内核是一种单体内核，但是通过动态加载模块的方式，使它的开发非常灵活 方便。那么，它是如何编译内核的呢？我们可以通过分析它的Makefile入手。以下是 一个简单的hello内核模块的Makefile. 
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m:=hello.o
else
KERNELDIR:=/lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD:=$(shell pwd)
default:
        $(MAKE) -C $(KERNELDIR)  M=$(PWD) modules
clean:
        rm -rf *.o *.mod.c *.mod.o *.ko
endif
当我们写完一个hello模块，只要使用以上的makefile。然后make一下就行。 假设我们把hello模块的源代码放在/home/study/prog/mod/hello/下。 当我们在这个目录运行make时，make是怎么执行的呢？ LDD3第二章第四节“编译和装载”中只是简略地说到该Makefile被执行了两次， 但是具体过程是如何的呢？ 
首先，由于make 后面没有目标，所以make会在Makefile中的第一个不是以.开头 的目标作为默认的目标执行。于是default成为make的目标。make会执行 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules shell是make内部的函数,假设当前内核版本是2.6.13-study,所以$(shell uname -r)的结果是 2.6.13-study 这里，实际运行的是 
make -C /lib/modules/2.6.13-study/build M=/home/study/prog/mod/hello/ modules
/lib/modules/2.6.13-study/build是一个指向内核源代码/usr/src/linux的符号链接。 可见，make执行了两次。第一次执行时是读hello模块的源代码所在目录/home/s tudy/prog/mod/hello/下的Makefile。第二次执行时是执行/usr/src/linux/下的Makefile时. 
但是还是有不少令人困惑的问题： 1.这个KERNELRELEASE也很令人困惑，它是什么呢？在/home/study/prog/mod/he llo/Makefile中是没有定义这个变量的，所以起作用的是else…endif这一段。不 过，如果把hello模块移动到内核源代码中。例如放到/usr/src/linux/driver/中， KERNELRELEASE就有定义了。 在/usr/src/linux/Makefile中有 162 KERNELRELEASE=$(VERSION).$(PATCHLEVEL).$(SUBLEVEL)$(EXTRAVERSION)$(LOCALVERSION) 这时候，hello模块也不再是单独用make编译，而是在内核中用make modules进行 编译。 用这种方式，该Makefile在单独编译和作为内核一部分编译时都能正常工作。 
2.这个obj-m := hello.o什么时候会执行到呢？ 在执行： 
make -C /lib/modules/2.6.13-study/build M=/home/study/prog/mod/hello/ modules
时，make 去/usr/src/linux/Makefile中寻找目标modules: 862 .PHONY: modules 863 modules: $(vmlinux-dirs) $(if $(KBUILD_BUILTIN),vmlinux) 864 @echo ' Building modules, stage 2.'; 865 $(Q)$(MAKE) -rR -f $(srctree)/scripts/Makefile.modpost 
可以看出，分两个stage: 1.编译出hello.o文件。 2.生成hello.mod.o hello.ko 在这过程中，会调用 make -f scripts/Makefile.build obj=/home/study/prog/mod/hello 而在 scripts/Makefile.build会包含很多文件： 011 -include .config 012 013 include $(if $(wildcard $(obj)/Kbuild), $(obj)/Kbuild, $(obj)/Makefile) 其中就有/home/study/prog/mod/hello/Makefile 这时 KERNELRELEASE已经存在。 所以执行的是： obj-m:=hello.o 
关于make modules的更详细的过程可以在scripts/Makefile.modpost文件的注释 中找到。如果想查看make的整个执行过程，可以运行make -n。