嵌入式Linux驱动开发 02：将驱动程序添加到内核中

Posted 2022-08-26 Naisu Xu

文章目录

• 目的
• 基础说明
• 添加到内核中
• • Kconfig
  • Makefile
  • 驱动程序
• 编译与测试
• • 模块方式
  • 编译到内核中
• 总结

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；
   在 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：

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

Kconfig

首先修改drivers目录下Kconfig文件：

gedit drivers/Kconfig

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"

接着编辑drivers/user目录下的Kconfig文件：

gedit drivers/user/Kconfig

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

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

gedit drivers/user/char_dev/Kconfig

写入下面内容：

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

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_ 即 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：

Makefile

首先修改drivers目录下Makefile文件：

gedit drivers/Makefile

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/

接着编辑drivers/user目录下的Makefile文件：

gedit drivers/user/Makefile

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/

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

gedit drivers/user/char_dev/Makefile

写入下面内容：

obj-$(CONFIG_USER_CHAR_DEV) += char_dev.o

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-n 、 obj-y 、 obj-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

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

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

在 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

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/

编译到内核中

在 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

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/

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。