2017-2018-1 20155306 实验四 外设驱动程序设计
实验目的：
该实验是编写最简单的字符驱动程序，这里的设备也就是一段内存，实现简单的读写功能，并列出常用格式的Makefile以及驱动的加载和卸载脚本。读者可以熟悉字符设备驱动的整个编写流程
实验内容：
外设驱动程序设计-1
学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章
提交康奈尔笔记的照片（可以多张）
外设驱动程序设计计-2
在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验
提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）
基础知识：
在Linux操作系统中，一个核心的思想就是“一切皆文件”。对于驱动设备来讲，也是将其作为文件，通过open/close/read/write/cioctl(字符设备相关操作除外)进行相应的控制。在Linux系统中，设备驱动程序可以分为三类：
- 字符设备：
字符设备是能够像字节流一样被访问的设备，对字符设备发出的读写请求，相应的IO操作立即发生。Linux系统中很多设备都是字符设备，例如串口，键盘，鼠标等。 - 块设备：
在Linux系统中进行IO以块为单位的设备被称作块设备，块设备能够安装文件系统。块设备能够安装文件系统。块设备会利用一块系统内存作为缓冲区，因此对块设备的访问并不一定会立即产生IO操作，Linux环境下常见的块设备有硬盘，软驱等。 - 网络设备：
网络设备既可以是网卡这样的硬件设备，也可是纯软件的设备如回环设备。网络设备由Linux的网络子系统驱动，负责数据包的发送和接收，而不是面向流设备，因此在Linux系统下网络设备并没有节点。对网络设备的访问是通过socket产生的，而不是通过文件操作如read/write产生。
实验步骤：
（1）编写代码。
这个简单的驱动程序的源代码如下所示：
/* test_drv.c */
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev"
#define BUFF_SZ 1024
/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;
/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,
char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
int len;
if (count < 0 )
{
return -EINVAL;
}
len = strlen(data);
count = (len > count)?count:len;
if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/
{
return -EFAULT;
}
return count;
}
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,
size_t count, loff_t *f_pos)
{
if(count < 0)
{
return -EINVAL;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
{
return -EFAULT;
}
return count;
}
/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
printk("This is open operation
");
/* 分配并初始化缓冲区*/
data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
if (!data)
{
return -ENOMEM;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
return 0;
}
/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
printk("This is release operation
");
if (data)
{
kfree(data); /* 释放缓冲区*/
data = NULL; /* 防止出现野指针 */
}
return 0;
}
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,
struct file_operations *fops)
{
int err, devno = MKDEV(major, minor);
cdev_init(dev, fops);
dev->owner = THIS_MODULE;
dev->ops = fops;
err = cdev_add (dev, devno, 1);
if (err)
{
printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
}
}
/* 虚拟设备的file_operations结构 */
static struct file_operations test_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.read = test_read,
.write = test_write,
.open = test_open,
.release = test_release,
};
/*模块注册入口*/
int init_module(void)
{
int result;
dev_t dev = MKDEV(major, 0);
if (major)
{/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用cat /proc/devices来查看 */
result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
}
else
{
result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
}
if (result < 0)
{
printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d
", major);
return result;
}
test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
printk("The major of the test device is %d
", major);
return 0;
}
/*卸载模块*/
void cleanup_module(void)
{
cdev_del(&test_dev);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
printk("Test device uninstalled
");
}
（2）编译代码。
虚拟设备的驱动程序的Makefile如下所示：
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
obj-m := test_drv.o /* 将生成的模块为test_drv.ko*/
endif
（3）加载和卸载模块。
通过下面两个脚本代码分别实现驱动模块的加载和卸载。
加载脚本test_drv_load如下所示：
#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"
# 设备名称。在/proc/devices中出现
device="test_dev"
# 设备文件的属性
mode="664"
group="david"
# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device}
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到创建设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\$2=="$device" {print \$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}
卸载脚本test_drv_unload如下所示：
#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0
（4）编写测试代码。
最后一步是编写测试代码，也就是用户空间的程序，该程序调用设备驱动来测试驱动的运行是否正常。以下实例只实现了简单的读写功能，测试代码如下所示：
/* test.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev" /* 设备文件名*/
#define BUFF_SZ 1024 /* 缓冲大小 */
int main()
{
int fd, nwrite, nread;
char buff[BUFF_SZ]; /*缓冲区*/
/* 打开设备文件 */
fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("open");
exit(1);
}
do
{
printf("Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):");
memset(buff, 0, BUFF_SZ);
if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
{
perror("fgets");
break;
}
buff[strlen(buff) - 1] = ' ';
if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
{
perror("write");
break;
}
if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0) /* 从设备读取数据 */
{
perror("read");
break;
}
else
{
printf("The read string is from kernel:%s
", buff);
}
} while(strncmp(buff, "quit", 4));
close(fd);
exit(0);
}
实验结果
首先在虚拟设备驱动源码目录下编译并加载驱动模块：
$ make clean;make
$ ./test_drv_load
接下来，编译并运行测试程序：
$ gcc –o test test.c
$ ./test
最后，卸载驱动程序：
$ ./test_drv_unload
实验中遇到的问题和解决方案
-
问题一：用make命令编译Makefile 时出现Makefile:2: *** 遗漏分隔符 。 停止。
【错误的Makefile】 -
解决：gcc、rm、cp前面是tab分割符，不能用空格，否则会出现：
“makefile:2: *** 遗漏分隔符 。 停止。”这样的错误提示。
make中规定每一Shell命令之前的开头必须使用字符。 -
问题二：linux驱动模块加载出错insmod: error inserting './usb_driver.ko': -1 Unknown symbol in module
-
解决：个问题一般情况下是因为要么你未卸载./cmos_driver.ko对应的模块，要么你是忘了在module_exit所对应的的函数里面忘了退出（此为笔者所遇见的问题）！解决方法很简单，在module_exit所对应的的函数里面增加一句,return即可！
参考资料
嵌入式Linux设备驱动开发之：实验内容——test驱动参考资
linux驱动模块加载出错
[嵌入式Linux应用程序开发标准教程](file:///C:/Users/lenovo/Desktop/hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf)