嵌入式Linux学习笔记(一) 内核模块编程

1.总结

　　从事嵌入式行业多年，虽然因为工作原因接触过嵌入式Linux，也参与过相关产品的底层和应用功能开发，但对于嵌入式Linux的内核，驱动，以及上层开发，仍然停留在看的懂，基本会用的水平，没有过系统深入的去总结，随着工作年限的递增，越来越感受到这种浮躁感带来的技术面瓶颈。既然发现了问题，自然就要去解决，回想起我踏入嵌入式行业来的经历，正是对STM32芯片以及网络部分的学习总结笔记支撑我走到如今的地步，那么沉淀下来，从嵌入式Linux驱动开发开始，对嵌入式Linux进行系统的学习总结也是最符合我目前现状的解决办法，这也是我下定决心放弃日常娱乐，开始本系列的由来。

　　嵌入式Linux的掌握学习是很复杂的过程，从最基础的Linux安装，shell指令的学习和应用，交叉编译环境搭建，C语言开发，Linux内核接口，Linux系统接口，在掌握了前面所有知识后，才只是完成了产品开发的基础构建，这些知识不仅对于学习是难点，对于已经掌握的人来用文字描述清楚，特别是系统/软件版本引发的编译，调试问题，在学习以及开发中遇到的问题会抽空整理出来，在本篇中也会涉及部分。如果不理解，要善于使用搜索引擎，嵌入式Linux开发遇到的问题基本都能找到答案，一定要切记。不多说了，下面开始正篇的说明。

2. 内核模块实现

嵌入式Linux的驱动都是以模块的形式出现，掌握内核模块的实现是必须的。其实简单来说，Linux定义内核模块需要实现的接口，开发者只要按照规则用C语言实现这些需要的接口，在按照一定的规则编译，就可以使用系统指令lsmod/rmmod来说加载和移除自定义的模块，这套规则就是我们掌握内核模块需要学习的知识，按照功能分为以下接口:

必须模块

　　模块加载函数：module_init(func)

　　模块卸载函数: module_exit(func)

　　模块许可声明：MODULE_LICENSE(“str”)

　　　　支持的许可有: "GPL", "GPL V2", "GPL and additional right", "Dual BSCD/GPL", "DUAL MPL/GPL", "Proprietary"

可选模块

　　模块参数 -- 模块加载时传递变量 module_param(name, charp, S_IRUGO);

　　模块导出符号 --用于将符号导出，用于其它内核模块使用。

　　　　EXPORT_SYSMBOL(func)/EXPORT_SYSMBOL_GPL(func)

　　　　Linux内核2.6增加了函数校验机制，后续模块需要引入时要在Module.symvers下添加导入函数内核的路径和symbol。

　　模块作者 -- MODULE_AUTHOR(“str”)

　　模块描述 -- MODULE_DESCRIPTION(“str”)

　　模块版本 -- MODULE_VERSION(“str”)

　　模块别名 -- MODULE_ALIAS(“str”)

　　模块设备表 -- MODULE_DEVICE_TABLE, 对于USB或者PCI设备需要支持，表示支持的设备，目前不在详细描述。

　　在了解上述模块的基础上，就可以实现如下的模块代码：

//hello.ko
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>


//extern int add_integar(int a, int b);
static char *buf = "driver";
module_param(buf, charp, S_IRUGO); //模块参数

static int __init hello_init(void)
{
        int dat = 3; //int dat = add_integar(5, 6);
        printk(KERN_WARNING "hello world enter, %s, %d\n", buf, dat);
        return 0;
}
module_init(hello_init);  //模块加载函数

static void __exit hello_exit(void)
{
    printk(KERN_WARNING "hello world exit\n");
}
module_exit(hello_exit);  　　　　　　　　　　　　//模块卸载函数

MODULE_AUTHOR("ZC");                      　　 //模块作者
MODULE_LICENSE("GPL v2");                     //模块许可协议
MODULE_DESCRIPTION("a simple hello module");  //模块许描述
MODULE_ALIAS("a simplest module");            //模块别名

使用Makefile文件如下：

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
        $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
        rm -rf *.o *.ko .depend *.mod.o *.mod.c modules.*
.PHONY:modules modules_install clean
else
obj-m :=hello.o
endif

保存后，使用Make即可编译，如果遇到编译错误，请先查看文章最后的备注，未包含问题请搜索或者留言，编译结果如图所示。

之后执行指令modinfo hello.ko即可查看当前的模块信息。

如果无法查看信息，可通过dmesg查看加载信息。

2.内核模块的跨模块调用

　　上一节可以解决我们遇到的大部分内核实现问题，但某些时候我们可能需要一些公共内核模块，提供接口给大部分模块使用，这就涉及到内核模块的跨模块调用。

　　对于跨核模块调用的实现，对于调用的模块，主要包含2步：

　　　　1、在代码实现中添加extern int add_integar(int a, int b);

　　　　2、在编译环境下修改Module.symvers, 添加被链接模块的地址，函数校验值(可通过查看被链接模块编译环境下的Module.symvers内复制即可)

　　对于被链接的模块，代码实现如下:

//math.ko
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init math_init(void)
{
    printk(KERN_WARNING "math enter\n");
    return 0;
}
module_init(math_init);

static void __exit math_exit(void)
{
    printk(KERN_WARNING "math exit\n");
}
module_exit(math_exit);

int add_integar(int a, int b)
{
        return a+b;
}
EXPORT_SYMBOL(add_integar);

int sub_integar(int a, int b)
{
        return a-b;
}
EXPORT_SYMBOL(sub_integar);

MODULE_LICENSE("GPL V2");

编译Makefile同上，需要将obj-m :=hello.o修改为obj-m :=math.o

执行make编译完成该文件，并通过insmod加载完模块后，可通过

grep integar /proc/kallsyms 查看加载在内核中的符号，状态如下：

然后加载insmod hello.ko, 即可跨文件调用该接口。如此，便初步完成对Linux内核模块的学习。

本文参考资料:

　1. 《Linux设备驱动开发详解:基于最新的Linux4.0内核》第四章

备注：

　　下面讲述编译遇到的问题和解决方案。

　　1.内核编译名称必须为Makefile，否则编译会出错

　　　　make[2]: *** No rule to make target `/usr/kernel/hello/Makefile'. Stop.

　　　　make[1]: *** [_module_/usr/kernel/hello] Error 2

　　　　make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux-headers-3.5.0-23-generic'

2.Makefile的内容，如果编译多个文件obj-m :=hello.o test.o

　　3.Makefile中，指令必须以Tab对齐，否则编译会异常。

　　4.printk不打印，一般来说输出的KERNEL_INFO为超过最大输出值，可直接通过dmesg，在系统信息内查看。

　　5.内核跨文件访问接口

　　除EXPORT_SYSMBOL外，在编译时Module.symvers需要包含对应函数的校验值，路径

　　0x13db98c9 sub_integar /usr/kernel/math/math EXPORT_SYMBOL

　　0xe1626dee add_integar /usr/kernel/math/math EXPORT_SYMBOL

　　否则编译时报警告

　　　　WARNING: "add_integar" [/usr/kernel/hello/hello.ko] undefined!

　　安装模块时出错

　　　　[ 9091.025357] hello: no symbol version for add_integar

　　　　[ 9091.025360] hello: Unknown symbol add_integar (err -22)

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4419051/blog/3301238

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