如何通过实例学习编写Linux驱动？

在Linux系统中，驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它们使得用户空间的应用程序能够通过系统调用与硬件设备进行交互，本文将介绍一个简单的字符设备驱动示例，并展示如何编写、编译和加载该驱动。

环境准备

确保你的开发环境已经安装了必要的工具和库：

Linux内核源码或头文件

GCC编译器

Make工具

你可以通过以下命令安装这些工具（以Ubuntu为例）：

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)

编写驱动程序

创建一个新的目录来存放我们的驱动程序代码：

mkdir my_driver
cd my_driver

在该目录下创建一个名为my_driver.c的文件，并添加以下代码：

#include <linux/init.h>       // 包含初始化宏
#include <linux/module.h>     // 包含模块相关宏
#include <linux/kernel.h>      // 包含内核打印函数
#include <linux/fs.h>          // 包含文件操作结构体
static int majorNumber;
// 打开设备函数
int device_open(struct inode *inode, struct file *file) {
    printk(KERN_INFO "Device opened
");
    return 0;
}
// 关闭设备函数
int device_close(struct inode *inode, struct file *file) {
    printk(KERN_INFO "Device closed
");
    return 0;
}
// 读设备函数
ssize_t device_read(struct file *file, char *buffer, size_t length, loff_t *offset) {
    printk(KERN_INFO "Reading from device
");
    return 0;
}
// 写设备函数
ssize_t device_write(struct file *file, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset) {
    printk(KERN_INFO "Writing to device
");
    return length;
}
// 设备文件操作结构体
static struct file_operations fops = {
    .open = device_open,
    .release = device_close,
    .read = device_read,
    .write = device_write,
};
// 初始化模块函数
int init_module(void) {
    majorNumber = register_chrdev(0, "my_device", &fops);
    printk(KERN_INFO "Module loaded with major number %d
", majorNumber);
    return 0;
}
// 清理模块函数
void cleanup_module(void) {
    unregister_chrdev(majorNumber, "my_device");
    printk(KERN_INFO "Module unloaded
");
}

编译驱动程序

创建一个名为Makefile的文件，并添加以下内容：

obj-m += my_driver.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions modules.order Module.symvers

使用以下命令编译驱动程序：

make

这将生成一个名为my_driver.ko的内核模块文件。

加载驱动程序

使用以下命令加载驱动程序：

sudo insmod my_driver.ko

你应该看到类似以下的输出：

Module loaded with major number 240

测试驱动程序

创建一个设备节点以便与驱动程序进行交互：

sudo mknod /dev/my_device c <major_number> 0

你可以使用以下命令查看主设备号：

ls -l /dev/my_device

你可以使用标准的读写命令来测试设备：

echo "Hello, World!" > /dev/my_device
cat /dev/my_device

卸载驱动程序

使用以下命令卸载驱动程序：

sudo rmmod my_driver

清理

删除设备节点和编译生成的文件：

sudo rm /dev/my_device
sudo make clean

FAQs

Q1: 如何更改设备名称？

A1: 你可以在注册设备时更改设备名称，将register_chrdev(0, "my_device", &fops);中的"my_device"替换为你想要的名称，记得在创建设备节点时使用新名称。

Q2: 如果我想添加更多的功能到我的驱动程序中，应该如何做？

A2: 你可以通过实现更多的file_operations函数来扩展你的驱动程序的功能，如果你想支持设备锁定，可以实现.locked和.unlocked方法，你还可以实现.ioctl方法来处理特定的控制命令，每个方法都可以根据你的需求进行定制。

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