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嵌入式Linux驱动开发 02:将驱动程序添加到内核中_ip驱动怎么集成到linux内核

ip驱动怎么集成到linux内核

目的

在上一篇文章 《嵌入式Linux驱动开发 01:基础开发与使用》 中我们已经实现了最基础的驱动功能。在那篇文章中我们的驱动代码是独立于内核代码存放的,并且我们的驱动编译后也是一个独立的模块。在实际使用中将驱动代码放在内核代码中,并将驱动编译到内核中也是比较常见的选择,这篇文章将此进行介绍。

这篇文章中内容均在下面的开发板上进行测试:
《新唐NUC980使用记录:自制开发板(基于NUC980DK61YC)》

这篇文章主要是在下面文章基础上进行的:
《新唐NUC980使用记录:访问以太网(LAN8720A) & 启用SSH》

基础说明

将驱动程序添加到内核中可以分为两层含义来理解:

  1. 将驱动程序源码等放到 Linux Kernel 源码目录下
    Linux Kernel 源码中通常将驱动放到 drivers/ 下,本文中也将驱动源码放到这个目录下;
  2. 在 Linux Kernel 配置管理工具中统一管理与编译
    这条主要指可以在 menuconfig 中进行配置管理来选择编译(这里先不讨论使用设备树的情况);
    menuconfig 界面中各个菜单和选项都是由 Kconfig 文件定义的,所以我们需要修改和编写相关文件;
    menuconfig 中配置最终改变的是 make 时 Makefile 文件中各个变量,我们的自己的驱动也需要 Makefile 文件来指定编译规则,并结合 Kconfig 文件中定义的变量来控制编译过程;

添加到内核中

本文中演示中涉及目录与文件结构组织如下:
在这里插入图片描述
其中 char_dev 就是本文中要添加的驱动。 user/ 目录用于统一存放自己编写的驱动,如果没有这个需求这一层可以去掉,这样结构上会更简单些,当然推荐还是留着。各目录下的 Kconfig 是一层层应用的, Makefile 同理。

进入源码目录并建立相关目录和文件:

cd ~/nuc980-sdk/NUC980-linux-4.4.y/

mkdir -p drivers/user
touch drivers/user/Kconfig
touch drivers/user/Makefile

mkdir -p drivers/user/char_dev
touch drivers/user/char_dev/char_dev.c
touch drivers/user/char_dev/Kconfig
touch drivers/user/char_dev/Makefile
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Kconfig

首先修改drivers目录下Kconfig文件:

gedit drivers/Kconfig
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在其中添加下面一行,用来引用drivers/user目录下的Kconfig文件:

source "drivers/user/Kconfig"
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接着编辑drivers/user目录下的Kconfig文件:

gedit drivers/user/Kconfig
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写入下面内容,用来引用drivers/user/char_dev目录下的Kconfig文件:

menu "User drivers"

source "drivers/user/char_dev/Kconfig"

endmenu
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最后编辑drivers/user/char_dev目录下的Kconfig文件:

gedit drivers/user/char_dev/Kconfig
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写入下面内容:

config USER_CHAR_DEV
	tristate "char_dev"
	default n
	help
	char_dev driver test.

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上面内容中 config USER_CHAR_DEV 表示设置一个可配置的变量,名称为 USER_CHAR_DEV (保存后实际的变量名会在头部添加 CONFIG_CONFIG_USER_CHAR_DEV ,这个变量可以在Makefile中使用)。 tristate 表示该变量可取值为 n/y/m ,后面的字符串为该条目在 menuconfig 中显示的文本。 default n 表示该变量默认值。 help 表示其下面的内容是可在 menuconfig 中查看帮助信息。

经过上面处理后就可以在 menuconfig 中看到相关选项并进行操作了:
在这里插入图片描述

Makefile

首先修改drivers目录下Makefile文件:

gedit drivers/Makefile
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在其中添加下面一行,这样编译时会进入drivers/user目录下:

obj-y				+= user/
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接着编辑drivers/user目录下的Makefile文件:

gedit drivers/user/Makefile
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写入下面内容,这样编译时会进入drivers/user/char_dev目录下:

obj-y				+= char_dev/
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最后编辑drivers/user/char_dev目录下的Makefile文件:

gedit drivers/user/char_dev/Makefile
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写入下面内容:

obj-$(CONFIG_USER_CHAR_DEV) += char_dev.o
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上面就是最终编译驱动程序过程了,这里的 CONFIG_USER_CHAR_DEV 变量就是由前面配置来产生的。根据变量的值,其最终可能产生 obj-nobj-yobj-m 几个结果,这几个是 Linux Kernel 源码总的Makefile中定义的变量,添加到 obj-y 的内容会编译到内核中,添加到 obj-m 的内容会编译成单独的模块。

驱动程序

最后编辑下进行测试用的驱动程序:

gedit drivers/user/char_dev/char_dev.c
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直接使用上一篇文章的程序即可:

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/device.h>

static int major = 0;
static const char *char_dev_name = "char_dev";
static struct class *char_dev_class;
static struct device *char_dev_device;

static char dev_buf[4096];

#define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

static int char_dev_open(struct inode *node, struct file *file)
{
	return 0;
}

static int char_dev_close(struct inode *node, struct file *file)
{
	return 0;
}

static ssize_t char_dev_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int ret;
	ret = copy_to_user(buf, dev_buf, MIN(size, 4096)); // 从内核空间拷贝数据到用户空间
	return ret;
}

static ssize_t char_dev_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int ret;
	ret = copy_from_user(dev_buf, buf, MIN(size, 4096)); // 从用户空间拷贝数据到内核空间
	return ret;
}

static const struct file_operations char_dev_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = char_dev_open,
	.release = char_dev_close,
	.read = char_dev_read,
	.write = char_dev_write,
};

static int __init char_dev_init(void)
{
	printk("modlog: func %s, line %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
	major = register_chrdev(0, char_dev_name, &char_dev_fops); // 注册字符设备,第一个参数0表示让内核自动分配主设备号

	char_dev_class = class_create(THIS_MODULE, "char_dev_class"); // 
	if (IS_ERR(char_dev_class))
	{
		unregister_chrdev(major, char_dev_name);
		return -1;
	}
	char_dev_device = device_create(char_dev_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, char_dev_name); // 创建设备节点创建设备节点,成功后就会出现/dev/char_dev_name的设备文件
	if (IS_ERR(char_dev_device))
	{
		device_destroy(char_dev_class, MKDEV(major, 0));
		unregister_chrdev(major, char_dev_name);
		return -1;
	}

	return 0;
}

static void __exit char_dev_exit(void)
{
	printk("modlog: func %s, line %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);

	device_destroy(char_dev_class, MKDEV(major, 0)); // 销毁设备节点,销毁后/dev/下设备节点文件就会删除
	class_destroy(char_dev_class);

	unregister_chrdev(major, char_dev_name); // 注销字符设备
}

module_init(char_dev_init); // 模块入口
module_exit(char_dev_exit); // 模块出口

MODULE_LICENSE("GPL"); // 模块许可

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这个驱动程序在安装和卸载时打印了一些消息,可以通过此判断驱动程序是否工作。

编译与测试

模块方式

menuconfig 将控制驱动的选项选择为模块后进行编译:

# make menuconfig
export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/arm_linux_4.8/bin
# 可以使用make整体编译或使用make modules编译单独模块
# make 
make modules
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在这里插入图片描述
最后编译生成的模块默认在模块源码目录下,可以拷贝到开发板中进行测试:

# scp drivers/user/char_dev/char_dev.ko root@192.168.31.142:/root/
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在这里插入图片描述

编译到内核中

menuconfig 将控制驱动的选项选择为y后进行编译:

# make menuconfig
# export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/arm_linux_4.8/bin
make uImage
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在这里插入图片描述

编译完成后拷贝内核文件到开发板boot分区:

# 在开发板中挂载启动分区
# mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/

# 在虚拟机中拷贝编译生成的内核到开发板
# scp ../image/980uimage root@192.168.31.142:/mnt/
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在这里插入图片描述
开发板重启后可以看到驱动程序在内核启动时自动启动了,可以看到打印的信息以及 /dev/ 下的设备文件。

总结

将驱动程序添加到内核中还是比较简单的,按照内核源码本身的组织方式来进行就行了。更多的示例可以参考内核源码 drivers/ 目录下各个驱动。

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