2017-2018-1 20155306 实验四 外设驱动程序设计

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\n");

/* 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\n");

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\n", major);

return result;

}

test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);

printk("The major of the test device is %d\n", 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\n");

}

（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] = '\0';

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\n", 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