最全Linux驱动开发八股文（二）

你好，我是拉依达。

这是我的Linux驱动开发八股文详细解析系列。

本系列最开始是我在csdn上更新的文章，目前已经是csdn搜索“linux驱动”综合推荐第一名，累计阅读次数4w次。

全文总字数近8w字，是目前全网最全面，最清晰的入门linux驱动学习资料。

现重新对内容进行整理，希望可以帮助到更多学习嵌入式的同学。

4.3 内核模块

Linux 驱动有两种运行方式

将驱动编译进 Linux 内核中，当 Linux 内核启动的时就会自动运行驱动程序。
将驱动编译成模块(Linux 下模块扩展名为.ko)，在Linux 内核启动以后使用相应命令加载驱动模块。
- 内核模块是Linux内核向外部提供的一个插口
- 内核模块是具有独立功能的程序，他可以被单独编译，但不能单独运行。他在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行
- 内核模块便于驱动、文件系统等的二次开发

内核模块组成

模块加载函数
```
module_init(xxx_init);
```
- module_init 函数用来向 Linux 内核注册一个模块加载函数，
- 参数 xxx_init 就是需要注册的具体函数（理解是模块的构造函数）
- 当加载驱动的时， xxx_init 这个函数就会被调用
模块卸载函数
```
module_exit(xxx_exit);
```
- module_exit函数用来向 Linux 内核注册一个模块卸载函数，
- 参数 xxx_exit 就是需要注册的具体函数（理解是模块的析构函数）
- 当使用“rmmod”命令卸载具体驱动的时候 xxx_exit 函数就会被调用

模块许可证明

MODULE_LICENSE("GPL") //添加模块 LICENSE 信息 ,LICENSE 采用 GPL 协议

模块参数（可选）模块参数是一种内核空间与用户空间的交互方式，只不过是用户空间 --> 内核空间单向的，他对应模块内部的全局变量

模块信息（可选）

MODULE_AUTHOR("songwei") //添加模块作者信息

模块打印 printk printk在内核中用来记录日志信息的函数，只能在内核源码范围内使用。和printf非常相似。 printk函数主要做两件事情：①将信息记录到log中 ②调用控制台驱动来将信息输出

printk 可以根据日志级别对消息进行分类，一共有 8 个日志级别

#define KERN_SOH  "\001" 
#define KERN_EMERG KERN_SOH "0"  /* 紧急事件，一般是内核崩溃 */
#define KERN_ALERT KERN_SOH "1"  /* 必须立即采取行动 */
#define KERN_CRIT  KERN_SOH "2"  /* 临界条件，比如严重的软件或硬件错误*/
#define KERN_ERR  KERN_SOH "3"  /* 错误状态，一般设备驱动程序中使用KERN_ERR 报告硬件错误 */
#define KERN_WARNING KERN_SOH "4"  /* 警告信息，不会对系统造成严重影响 */
#define KERN_NOTICE  KERN_SOH "5"  /* 有必要进行提示的一些信息 */
#define KERN_INFO  KERN_SOH "6"  /* 提示性的信息 */
#define KERN_DEBUG KERN_SOH "7"  /* 调试信息 */

以下代码就是设置“gsmi: Log Shutdown Reason\n”这行消息的级别为 KERN_EMERG。
```
printk(KERN_DEBUG"gsmi: Log Shutdown Reason\n");
```
如果使用 printk 的时候不显式的设置消息级别，那么printk 将会采用默认级别MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT，默认为 4。
在 include/linux/printk.h 中有个宏 CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT，定义如下：
```
#define CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT 7
```
CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT 控制着哪些级别的消息可以显示在控制台上，此宏默认为 7，意味着只有优先级高于 7 的消息才能显示在控制台上。

这个就是 printk 和 printf 的最大区别，可以通过消息级别来决定哪些消息可以显示在控制台上。默认消息级别为 4，4 的级别比 7 高，所示直接使用 printk 输出的信息是可以显示在控制台上的。

模块操作命令

加载模块
- insmod XXX.ko
  - 为模块分配内核内存、将模块代码和数据装入内存、通过内核符号表解析模块中的内核引用、调用模块初始化函数（module_init）
  - insmod要加载的模块有依赖模块，且其依赖的模块尚未加载，那么该insmod操作将失败
- modprobe XXX.ko
  - 加载模块时会同时加载该模块所依赖的其他模块，提供了模块的依赖性分析、错误检查、错误报告
  - modprobe 提示无法打开“modules.dep”这个文件，输入 depmod 命令即可自动生成 modules.dep
卸载模块
- rmmod XXX.ko
查看模块信息
- lsmod
  - 查看系统中加载的所有模块及模块间的依赖关系
- modinfo （模块路径）
  - 查看详细信息，内核模块描述信息，编译系统信息

4.4 设备号

Linux 中每个设备都有一个设备号，设备号由主设备号和次设备号两部分组成
主设备号表示某一个具体的驱动，次设备号表示使用这个驱动的各个设备。
Linux 提供了一个名为 dev_t 的数据类型表示设备号其中高 12 位为主设备号，低 20 位为次设备
使用"cat /proc/devices"命令即可查看当前系统中所有已经使用了的设备号（主）

MAJOR // 用于从 dev_t 中获取主设备号，将 dev_t 右移 20 位即可。
MINOR //用于从 dev_t 中获取次设备号，取 dev_t 的低 20 位的值即可。
MKDEV //用于将给定的主设备号和次设备号的值组合成 dev_t 类型的设备号。

4.5 地址映射

MMU(Memory Manage Unit)内存管理单元

完成虚拟空间到物理空间的映射
内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储空间的缓冲特性
对于 32 位的处理器来说，虚拟地址(VA,Virtual Address)范围是 2^32=4GB

alt

内存映射函数

CPU只能访问虚拟地址，不能直接向寄存器地址写入数据，必须得到寄存器物理地址在Linux系统中对应的虚拟地址。

物理内存和虚拟内存之间的转换，需要用到： ioremap 和 iounmap两个函数

ioremap，用于获取指定物理地址空间对应的虚拟地址空间

/*
phys_addr：要映射给的物理起始地址(cookie)
size：要映射的内存空间大小
mtype： ioremap 的类型，可以选择 MT_DEVICE、 MT_DEVICE_NONSHARED、MT_DEVICE_CACHED 和 MT_DEVICE_WC， 
ioremap 函数选择 MT_DEVICE
返回值： __iomem 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址
*/
#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size),MT_DEVICE)
 
void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype)
{
    return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype, __builtin_return_address(0));
}

例：获取某个寄存器对应的虚拟地址

#define addr (0X020E0068)  // 物理地址
static void __iomem*  va; //指向映射后的虚拟空间首地址的指针
va=ioremap(addr, 4);   // 得到虚拟地址首地址

iounmap，卸载驱动使用 iounmap 函数释放掉 ioremap 函数所做的映射。参数 addr：要取消映射的虚拟地址空间首地址
```
iounmap(va);
```

I/O内存访问函数

当外部寄存器或外部内存映射到内存空间时，称为 I/O 内存。但是对于 ARM 来说没有 I/O 空间，因此 ARM 体系下只有 I/O 内存(可以直接理解为内存)。

使用 ioremap 函数将寄存器的物理地址映射到虚拟地址后，可以直接通过指针访问这些地址，但是 Linux 内核不建议这么做，而是推荐使用一组操作函数来对映射后的内存进行读写操作。

读操作函数
```
u8 readb(const volatile void __iomem *addr)
u16 readw(const volatile void __iomem *addr)
u32 readl(const volatile void __iomem *addr)
```
readb、 readw 和 readl 分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 读操作，参数 addr 就是要读取写内存地址，返回值是读取到的数据
写操作函数
```
void writeb(u8 value, volatile void __iomem *addr)
void writew(u16 value, volatile void __iomem *addr)
void writel(u32 value, volatile void __iomem *addr)
```
writeb、 writew 和 writel分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 写操作，参数 value 是要写入的数值， addr 是要写入的地址。

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