2017-2018-1 20155222 201552228 实验四 外设驱动程序设计

2017-2018-1 20155222 201552228 实验四 外设驱动程序设计

实验内容和要求

1. 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）

2. 外设驱动程序设计-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）

3. 外设驱动程序设计-3
   在实验箱中通过交叉编译完成test实验
   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）

实验步骤

《嵌入式Linux应用程序开发标准教程》第十一章学习总结

设备驱动概述

操作系统通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，硬件驱动程序是操作系统最基本的组成部分，常见的驱动程序作为内核模块来加载功能
linux系统将设备分为3类：字符设备，块设备和网络设备
linux驱动设备有2个部分：中断处理程序和设备服务子程序。设备服务器一般用中断的方式向设备驱动程序发出输入/输出请求
设备驱动程序使用模块动态加载到内核中，在调用insmod命令时被加载，入口点是init_module()函数，在调用rmmod命令时被卸载，入口点是cleanup_module()函数

字符驱动设备

常见命令	对应函数
注册设备（早期）	register-chrdev()
卸载设备（早期）	unregister-chrdev()
硬件配置控制	itotl
获取内存	kmalloc
释放内存	kfree
打开设备	open
释放设备	release
关闭设备	close
读/写	read/write
打印信息	printk

proc文件系统：内核和内核模块向进程发送信息的机制

终端编程

申请中断使用request_irq()调用，释放中断时使用free_irq

request_irq(unsigned int irq,void (*handler)(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs),unsigned long irqflags,const char *dername,oid *dev_id)

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）

描述

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 以及驱动的加载和下载脚本。
该实验要求实现对虚拟设备（一段内存）的打开、关闭、读写的操作，并要通过编写测试程序来测试虚拟设备及其驱动运行是否正常。

实验代码

/* 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)) /* ?内核??的数????用户??*/
{
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
");
/* 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
");
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
", major);
return result;
}
test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
printk("The major of the test device is %d
", 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
");
}

运行结果

通过make运行makefile以实现test_drv.c代码的编译

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

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

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"
# 设备名称。在/proc/devices 中出现
device="test_dev"
# 设备文件的输性
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

#!/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

通过编译运行test.c测试代码对驱动程序进行测试

/* 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] = '';
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
", buff);
}
} while(strncmp(buff, "quit", 4));
close(fd);
exit(0);
}

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

编译并运行测试程序

$ gcc –o test test.c
$ ./test

卸载驱动程序

$ ./test_drv_unload

通过 dmesg 命令可以查看内核打印的信息：

$ dmesg|tail –n 10
……
The major of the test device is 250 
This is open operation 
This is release operation 
Test device uninstalled 

问题解决

使用make命令编译代码时报错：Makefile ...（行号） ... 遗漏分隔符...停止

Makefile的 hellomake: 行被称为rule。
第二行，是具体的编译动作。开头不可以有空格，留白是由 按tab键形成的。
去掉空格，改为tab键后，再执行make命令，成功。

脚本第一行#！/bin/sh是什么意思？

#! /bin/sh是指此脚本使用/bin/sh来解释执行，#!是特殊的表示符，其后面根的是此解释此脚本的shell的路径。
$bash $表示系统提示符，$ 表示此用户为普通用户，超级用户的提示符是＃。
bash是shell的一种，是linux下最常用的一种shell。
$bash的意思是执行一个子shell，此子shell为bash。

要注意,在每个脚本的开头都使用"#!",这意味着告诉你的系统这个文件的执行需要指定一个解 释器.#!实际上是一个2字节[1]的魔法数字,这是指定一个文件类型的特殊标记, 换句话说, 在 这种情况下,指的就是一个可执行的脚本(键入man magic来获得关于这个迷人话题的更多详细 信息).在#!之后接着是一个路径名.这个路径名指定了一个解释脚本中命令的程序,这个程序可 以是shell,程序语言或者是任意一个通用程序.这个指定的程序从头开始解释并且执行脚本中 的命令(从#!行下边的一行开始),忽略注释.[2] 如: 1 #!/bin/sh 2 #!/bin/bash 3 #!/usr/bin/perl 4 #!/usr/bin/tcl 5 #!/bin/sed -f 6 #!/usr/awk -f
注意: #! 后边给出的路径名必须是正确的,否则将会出现一个错误消息,通常是 "Command not found",这将是你运行这个脚本时所得到的唯一结果.
如果在脚本的里边还有一个#!行,那么bash将把它认为是一个一般的注释行.

运行安装驱动脚本时提示找不到文件

简单linux脚本文件的编写

1. 新建一个文件，文本文件就行。如文件名aaaa
2. 开头加上 #!/bin/sh 声明这个文件是脚本，要执行的。
3. 在下面写自己需要的具体操作。比如：cd /var/opt/ 等等。
4. 需要把脚本编译一下，才能执行。很简单，打开终端，输入chmod +x filename 这里的filename 为aaaa。换成你自己的。
5. 点击就可以运行了。

脚本编写完成后需要chmod +x filename编译脚本

运行脚本时提示无效的组david

1. cat /etc/passwd
   cat /etc/passwd查看所有的用户信息
2. cat /etc/group
   cat /etc/group查看所有组信息

将脚本中的组名改成系统中有的组名即可

运行脚本时提示insmod: error inserting '***.ko': -1 File exists

在写Linux驱动是，sudo insmod .ko时出现错误：insmod: error inserting 'memdev.ko': -1 File exists原因可能是你以前同名的驱动没有卸载干净。解决方法：用lsmod | grep *** 查看是否已经存在该模块，如果存在，则 sudo rmmod ***，卸载干净。然后重新insmod即可。

PSP时间统计

步骤	耗时	百分比
需求分析	10min	8%
设计	20min	16%
代码实现	60min	50%
测试	10min	8%
总结分析	20min	16%

参考资料

makefile遗漏分隔符的错误信息
linux的shell编程中#！/bin/sh和$bash是什么意思
linux如何查看所有的用户和组信息？
简单linux脚本文件的编写
insmod: error inserting 'memdev.ko': -1 File exists
linux如何查看所有的用户和组信息？