【linux】驅動-2-內核模塊

目錄

• 前言
• 2. 內核模塊
  • 2.1 內核模塊概念
    • 2.1.1 內核
    • 2.1.2 內核模塊機制的引入
  • 2.2 內核模塊
    • 2.2.1 內核模塊參考例程
    • 2.2.2 內核模塊命令
    • 2.2.3 系統自動加載模塊 **
    • 2.2.4 導出符號
    • 2.2.5 模塊參數
• 參考

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前言

• 以野火i.M 6U爲例

2. 內核模塊

本章節筆記主要理解內核模塊代碼框架和原理，分析一個簡單的內核模塊例子。
須要明確的是模塊和驅動是兩回事。

2.1 內核模塊概念

2.1.1 內核

內核，是一個操做系統的核心。是基於硬件的第一層軟件擴充，提供操做系統的最基本的功能， 是操做系統工做的基礎，決定着整個操做系統的性能和穩定性。
內核按照體系結構分爲：微內核和宏內核。

• 參考圖：

2.1.2 內核模塊機制的引入

提升系統靈活性，在調試驅動的時候不須要從新編譯內核，也不須要從新啓動內核，只須要插入須要調試的驅動便可。
內核模塊的特色：

• 模塊自己不被編譯入內核映像，這控制了內核的大小。
• 模塊一旦被加載，它就和內核中的其它部分徹底同樣。

2.2 內核模塊

內核模塊編譯後會獲得一個 .ko 的 ELF 文件。（ELF 文件能夠百度一下，也能夠參考野火的內核模塊章節。）
ELF 文件：這類文件包含了代碼和數據，能夠被用來連接成可執行文件或共享目標文件，靜態連接庫也能夠歸爲這一類。

2.2.1 內核模塊參考例程

必須內容可分爲如下幾點：

• 入口函數：當經過insmod或modprobe命令加載內核模塊時，模塊的加載函數就會自動被內核執行，完成本模塊相關的初始化工做。
• 出口函數：執行rmmod命令卸載模塊時，模塊卸載函數就會自動被內核自動執行，完成相關清理工做。
• 協議：許可證聲明描述內核模塊的許可權限，若是模塊不聲明，模塊被加載時，將會有內核被污染的警告。

非必須內容：

• 模塊參數：模塊參數是模塊被加載時，能夠傳值給模塊中的參數。
• 模塊導出符號： 模塊能夠導出準備好的變量或函數做爲符號，以便其餘內核模塊調用。
• 模塊的其餘相關信息： 能夠聲明模塊做者等信息。

hello_module.c

/** @file hello_module.c
* @brief 簡要說明
* @details 詳細說明
* @author lzm
* @date 2021-02-21 18:08:07
* @version v1.0
* @copyright Copyright By lizhuming, All Rights Reserved
*
**********************************************************
* @LOG 修改日誌:
**********************************************************
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
// 入口函數：安裝驅動時調用的函數
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_EMERG "[ KERN_EMERG ] Hello Module Init\n");
printk( "[ default ] Hello Module Init\n");
return 0;
}
// 出口函數：卸載驅動時調用的函數
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("[ default ] Hello Module Exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
//MODULE_LICENSE("GPL2");
MODULE_AUTHOR("embedfire ");
MODULE_DESCRIPTION("hello world module");
MODULE_ALIAS("test_module");

2.2.2 內核模塊命令

insmod：插入模塊：insmod+模塊完整路徑。
modprobe：插入模塊，insmod具有一樣的功能，一樣能夠將模塊加載到內核中，除此之外modprobe還能檢查模塊之間的依賴關係， 而且按照順序加載這些依賴，能夠理解爲按照順序屢次執行insmod。
depmod：建立模塊依賴文件。modprobe是怎麼知道一個給定模塊所依賴的其餘的模塊呢？在這個過程當中，depmod起到了決定性做用，當執行modprobe時， 它會在模塊的安裝目錄下搜索module.dep文件，這是depmod建立的模塊依賴關係的文件。
rmmod：刪除模塊：insmod+模塊名稱。
lsmod：查看全部模塊。
modinfo：顯示模塊中的幾個宏的定義。如協議、做者等等。

2.2.3 系統自動加載模塊 **

讓系統自動加載模塊須要用到命令depmod和modprobe。

首先須要將咱們想要自動加載的模塊統一放到 /lib/modules/內核版本 目錄下，內核版本使用 uname -r 查詢；
其次使用depmod創建模塊之間的依賴關係，命令 depmod -a ；
這個時候咱們就能夠在modules.dep中看到模塊依賴關係，可使用以下命令查看：

cat /lib/modules/內核版本/modules.dep | grep calculation

最後在/etc/modules加上咱們本身的模塊。

• 注意在該配置文件中，模塊不寫成.ko形式表明該模塊與內核緊耦合，有些是系統必需要跟內核緊耦合，好比mm子系統， 通常寫成.ko形式比較好，若是出現錯誤不會致使內核出現panic錯誤，若是集成到內核，出錯了就會出現panic。
  而後重啓開發板，使用命令lsmod便可查看咱們的模塊開機就被加載到內核了。

2.2.4 導出符號

實際上，符號指的就是內核模塊中使用 EXPORT_SYMBOL 聲明的函數和變量。當模塊被裝入內核後，它所導出的符號都會記錄在公共內核符號表中。可供給其它模塊使用。
導出方法：

• 符號必須在模塊文件的全局部分導出，不能在函數中使用。
• _GPL使得導出的模塊只能被GPL許可的模塊使用。
• 編譯咱們的模塊時，這兩個宏會被拓展爲一個特殊變量的聲明，存放在ELF文件中。 具體也就是存放在ELF文件的符號表中：
  • st_name： 是符號名稱在符號名稱字符串表中的索引值；
  • st_value： 是符號所在的內存地址；
  • st_size： 是符號大小；
  • st_info： 是符號類型和綁定信息；
  • st_shndx： 表示符號所在section。

EXPORT_SYMBOL(name)
EXPORT_SYMBOL_GPL(name)  // name爲要導出的標誌

調用方法(例子)：

extern int name;

2.2.5 模塊參數

模塊參數：模塊參數是模塊被加載時，能夠傳值給模塊中的參數。

Linux內核提供一個宏來實現模塊的參數傳遞：

#define module_param(name, type, perm) module_param_named(name, name, type, perm)
#define module_param_array(name, type, nump, perm) module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)

• name： 咱們定義的變量名；
• type：參數的類型，目前內核支持的參數類型有byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，charp，bool，invbool。其中charp表示的是字符指針，bool是布爾類型，其值只能爲0或者是1；invbool是反布爾類型，其值也是隻能取0或者是1，可是true值表示0，false表示1。變量是char類型時，傳參只能是byte，char * 時只能是charp。
• perm：表示的是該文件的權限，具體參數值見下表：

對應用戶	字符	說明
當前用戶	S_IRUSR	用戶具備讀權限
當前用戶	S_IWUSR	用戶具備寫權限
當前用戶組	S_IRGRP	當前用戶組的其它用戶擁有讀權限
當前用戶組	S_IWGRP	當前用戶組的其它用戶擁有寫權限
其它用戶	S_IROTH	其它用戶具備讀權限
其它用戶	S_IWOTH	其它用戶具備寫權限

模塊參數使用示例
模塊源碼：

static int nameA=0;
module_param(nameA,int,0);
static bool nameB=0;
module_param(nameB,bool,0644);

加載模塊後，會在路徑 /sys/module/模塊名/parameters 下存在以模塊參數爲名的文件。（注：若文件權限爲0，則沒法查看該文件，也不會顯示在該路徑）

參考

• 李柱明博客園
• 野火