深入浅出linux设备驱动编程(宋宝华老师)

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1、Linux设备驱动编程宋宝华21cnbao@21cn.com1.引言目前，Linux软件工程师大致可分为两个层次：（1）Linux应用软件工程师（ApplicationSoftwareEngineer）：主要利用C库函数和LinuxAPI进行应用软件的编写；（2）Linux固件工程师（FirmwareEngineer）：主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计。一般而言，固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次，而其中的Linux设备驱动编程又是Linux程序设计中比较复杂的部分，究其原因，主要包括如下几个方面：（1）设备驱动属于Linux

2、内核的部分，编写Linux设备驱动需要有一定的Linux操作系统内核基础；（2）编写Linux设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解，大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的；（3）Linux设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制，容易出现bug；（4）由于属于内核的一部分，Linux设备驱动的调试也相当复杂。目前，市面上的Linux设备驱动程序参考书籍非常稀缺，少有的经典是由Linux社区的三位领导者JonathanCorbet、AlessandroRubini、GregKroah-Hartman编写的《LinuxDeviceDrivers》（目前该书

3、已经出版到第3版，中文译本由中国电力出版社出版）。该书将Linux设备驱动编写技术进行了较系统的展现，但是该书所列举实例的背景过于复杂，使得读者需要将过多的精力投放于对例子背景的理解上，很难完全集中精力于Linux驱动程序本身。往往需要将此书翻来覆去地研读许多遍，才能有较深的体会。（《LinuxDeviceDrivers》中英文版封面）本文将仍然秉承《LinuxDeviceDrivers》一书以实例为主的风格，但是实例的背景将非常简单，以求使读者能将集中精力于Linux设备驱动本身，理解Linux内核模块、Linux设备驱动的结构、Linux设备驱动中的并发控制等内容。另外，与

4、《LinuxDeviceDrivers》所不同的是，针对设备驱动的实例，本文还给出了用户态的程序来访问该设备，展现设备驱动的运行情况及用户态和内核态的交互。相信阅读完本文将为您领悟《LinuxDeviceDrivers》一书中的内容打下很好的基础。本文中的例程除引用的以外皆由笔者亲自调试通过，主要基于的内核版本为Linux2.4，例子要在其他内核上运行只需要做少量的修改。构建本文例程运行平台的一个较好方法是：在Windows平台上安装VMWare虚拟机，并在VMWare虚拟机上安装RedHat。注意安装的过程中应该选中“开发工具”和“内核开发”二项（如果本文的例程要在特定的嵌入

5、式系统中运行，还应安装相应的交叉编译器，并包含相应的Linux源代码），如下图：2.Linux内核模块Linux设备驱动属于内核的一部分，Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载：（1）直接编译进Linux内核，随同Linux启动时加载；（2）编译成一个可加载和删除的模块，使用insmod加载（modprobe和insmod命令类似，但依赖于相关的配置文件），rmmod删除。这种方式控制了内核的大小，而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样。下面我们给出一个内核模块的例子：#include//所有模块都需要的头文件#include<

6、linux/init.h>//init&exit相关宏MODULE_LICENSE("GPL");staticint__inithello_init(void){printk("Hellomoduleinit");return0;}staticvoid__exithello_exit(void){printk("Hellomoduleexit");}module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);分析上述程序，发现一个Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数，前者在insmod的时候运行，后者在rmmod的时候运行

7、。初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义，否则会出现编译错误。程序中的MODULE_LICENSE("GPL")用于声明模块的许可证。如果要把上述程序编译为一个运行时加载和删除的模块，则编译命令为：gcc–D__KERNEL__-DMODULE–DLINUX–I/usr/local/src/linux2.4/include-c–ohello.ohello.c由此可见，Linux内核模块的编译需要给gcc指示–D__KERNEL__-DMODULE–D