第六期 基於模擬器的Helloworld 核心驅動 《手機就是開發板》
阿新 • • 發佈：2019-01-12
https://blog.csdn.net/aggresss/article/details/53557699
這一期我們來做一個給核心新增驅動的實驗，為了編譯方便，我將android kernel 檔案拷貝到AOSP目錄下，修改目錄名為kernel3.4，在kernel3.4的 drivers 目錄下新建hello資料夾，我將新增的內容都放到了github上：http://github.com/aggresss/PHDemo 。裡面的Codes/hello_KernelDriver 目錄下 或者直接訪問 https://github.com/aggresss/PHDemo/tree/master/Code/hello_KernelDriver
新增hello.h 檔案
#ifndef _HELLO_ANDROID_H_ #define _HELLO_ANDROID_H_ #include <linux/cdev.h> #include <linux/semaphore.h> #define HELLO_DEVICE_NODE_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_FILE_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_PROC_NAME "hello" #define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello" struct hello_android_dev { int val; struct semaphore sem; struct cdev dev; }; #endif
新增 hello.c 檔案
/******************************************* *include file and define functions *******************************************/ #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/types.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/device.h> #include <asm/uaccess.h> #include "hello.h" /*主裝置和從裝置號變數*/ static int hello_major = 0; static int hello_minor = 0; /*裝置類別和裝置變數*/ static struct class* hello_class = NULL; static struct hello_android_dev* hello_dev = NULL; /*傳統的裝置檔案操作方法*/ static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp); static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp); static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos); static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos); /*裝置檔案操作方法表*/ static struct file_operations hello_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_open, .release = hello_release, .read = hello_read, .write = hello_write, }; /*訪問設定屬性方法*/ static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf); static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count); /*定義裝置屬性*/ static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store); /******************************************* *define traditional file access *******************************************/ /*開啟裝置方法*/ static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) { struct hello_android_dev* dev; /*將自定義裝置結構體儲存在檔案指標的私有資料域中，以便訪問裝置時拿來用*/ dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_android_dev, dev); filp->private_data = dev; return 0; } /*裝置檔案釋放時呼叫，空實現*/ static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) { return 0; } /*讀取裝置的暫存器val的值*/ static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { ssize_t err = 0; struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count < sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將暫存器val的值拷貝到使用者提供的緩衝區*/ if(copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val))) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val); out: up(&(dev->sem)); return err; } /*寫裝置的暫存器值val*/ static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; ssize_t err = 0; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count != sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將使用者提供的緩衝區的值寫到裝置暫存器去*/ if(copy_from_user(&(dev->val), buf, count)) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val); out: up(&(dev->sem)); return err; } /******************************************* *define devfs access *******************************************/ /*讀取暫存器val的值到緩衝區buf中，內部使用*/ static ssize_t __hello_get_val(struct hello_android_dev* dev, char* buf) { int val = 0; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } val = dev->val; up(&(dev->sem)); return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d\n", val); } /*把緩衝區buf的值寫到裝置暫存器val中去，內部使用*/ static ssize_t __hello_set_val(struct hello_android_dev* dev, const char* buf, size_t count) { int val = 0; /*將字串轉換成數字*/ val = simple_strtol(buf, NULL, 10); /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } dev->val = val; up(&(dev->sem)); return count; } /*讀取裝置屬性val*/ static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf) { struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev); return __hello_get_val(hdev, buf); } /*寫裝置屬性val*/ static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count) { struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev); return __hello_set_val(hdev, buf, count); } /******************************************* *define proc access *******************************************/ /*讀取裝置暫存器val的值，儲存在page緩衝區中*/ static ssize_t hello_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data) { if(off > 0) { *eof = 1; return 0; } return __hello_get_val(hello_dev, page); } /*把緩衝區的值buff儲存到裝置暫存器val中去*/ static ssize_t hello_proc_write(struct file* filp, const char __user *buff, unsigned long len, void* data) { int err = 0; char* page = NULL; if(len > PAGE_SIZE) { printk(KERN_ALERT"The buff is too large: %lu.\n", len); return -EFAULT; } page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL); if(!page) { printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n"); return -ENOMEM; } /*先把使用者提供的緩衝區值拷貝到核心緩衝區中去*/ if(copy_from_user(page, buff, len)) { printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n"); err = -EFAULT; goto out; } err = __hello_set_val(hello_dev, page, len); out: free_page((unsigned long)page); return err; } /*建立/proc/hello檔案*/ static void hello_create_proc(void) { struct proc_dir_entry *entry; entry = create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL); if(entry) { entry->read_proc = hello_proc_read; entry->write_proc = hello_proc_write; } } /*刪除/proc/hello檔案*/ static void hello_remove_proc(void) { remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, NULL); } /******************************************* *define load and remove function *******************************************/ /*初始化裝置*/ static int __hello_setup_dev(struct hello_android_dev* dev) { int err; dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor); memset(dev, 0, sizeof(struct hello_android_dev)); cdev_init(&(dev->dev), &hello_fops); dev->dev.owner = THIS_MODULE; dev->dev.ops = &hello_fops; /*註冊字元裝置*/ err = cdev_add(&(dev->dev),devno, 1); if(err) { return err; } /*初始化訊號量和暫存器val的值*/ sema_init(&(dev->sem), 1); dev->val = 0; return 0; } /*模組載入方法*/ static int __init hello_init(void){ int err = -1; dev_t dev = 0; struct device* temp = NULL; printk(KERN_ALERT"Initializing hello device.\n"); /*動態分配主裝置和從裝置號*/ err = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, HELLO_DEVICE_NODE_NAME); if(err < 0) { printk(KERN_ALERT"Failed to alloc char dev region.\n"); goto fail; } hello_major = MAJOR(dev); hello_minor = MINOR(dev); /*分配helo裝置結構體變數*/ hello_dev = kmalloc(sizeof(struct hello_android_dev), GFP_KERNEL); if(!hello_dev) { err = -ENOMEM; printk(KERN_ALERT"Failed to alloc hello_dev.\n"); goto unregister; } /*初始化裝置*/ err = __hello_setup_dev(hello_dev); if(err) { printk(KERN_ALERT"Failed to setup dev: %d.\n", err); goto cleanup; } /*在/sys/class/目錄下建立裝置類別目錄hello*/ hello_class = class_create(THIS_MODULE, HELLO_DEVICE_CLASS_NAME); if(IS_ERR(hello_class)) { err = PTR_ERR(hello_class); printk(KERN_ALERT"Failed to create hello class.\n"); goto destroy_cdev; } /*在/dev/目錄建立裝置檔案hello，在/sys/class/hello/目錄下建立 hello 資料夾*/ temp = device_create(hello_class, NULL, dev, "%s", HELLO_DEVICE_FILE_NAME); if(IS_ERR(temp)) { err = PTR_ERR(temp); printk(KERN_ALERT"Failed to create hello device."); goto destroy_class; } /*在/sys/class/hello/hello目錄下建立屬性檔案val*/ err = device_create_file(temp, &dev_attr_val); if(err < 0) { printk(KERN_ALERT"Failed to create attribute val."); goto destroy_device; } dev_set_drvdata(temp, hello_dev); /*建立/proc/hello檔案*/ hello_create_proc(); printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize hello device.\n"); return 0; destroy_device: device_destroy(hello_class, dev); destroy_class: class_destroy(hello_class); destroy_cdev: cdev_del(&(hello_dev->dev)); cleanup: kfree(hello_dev); unregister: unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major, hello_minor), 1); fail: return err; } /*模組解除安裝方法*/ static void __exit hello_exit(void) { dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor); printk(KERN_ALERT"Destroy hello device.\n"); /*刪除/proc/hello檔案*/ hello_remove_proc(); /*銷燬裝置類別和裝置*/ if(hello_class) { device_destroy(hello_class, MKDEV(hello_major, hello_minor)); class_destroy(hello_class); } /*刪除字元裝置和釋放裝置記憶體*/ if(hello_dev) { cdev_del(&(hello_dev->dev)); kfree(hello_dev); } /*釋放裝置號*/ unregister_chrdev_region(devno, 1); } MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_DESCRIPTION("First Android Driver"); module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);
新增 Kconfig 檔案
config HELLO
tristate "First Android Driver"
default n
help
This is the first android driver.
新增 Makefile 檔案
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
修改 drivers/Kconfig 檔案 在menu "Device Drivers"和endmenu之間新增一行：
source "drivers/hello/Kconfig"
這樣，執行make menuconfig時，就可以配置hello模組的編譯選項了。
修改drivers/Makefile檔案，新增一行：
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/
程式碼部分修改完畢後，進入到AOSP編譯的根目錄，執行
source ./build/envsetup.sh
lunch 1
這幾部操作是為了將交叉編譯工具的目錄加入到PATH目錄中，省去我們手工指定的過程。
然後執行：
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi-
make goldfish_armv7_defconfig
make menuconfig 
將 First Android Driver 選項 按Y，編譯進核心，儲存退出後執行
make -j8
然後編譯好的核心就儲存在 /kernel3.4/arch/arm/boot/zImage 中，接下來啟動模擬器 emulator -kernel ./kernel3.4/arch/arm/boot/zImage &
模擬器成功啟動後，執行
adb shell
就進入到了android 模擬器的 shell 中了，這是 ls /dev 就能看到 hello 的裝置檔案。
下面來驗證一下我們新增的虛擬裝置，這個裝置有一個int型別的暫存器，是通過操作記憶體模擬出來的，真正的裝置是操作SOC設計時分配的實際地址資源。
有三種方式來驗證，我們的裝置是否正常：
1. /dev 檔案系統
2. /proc 檔案系統
3. /sys 檔案系統
其中 /dev 檔案系統需要通過系統呼叫來操作，我們放到下一期製作一個小的Demo可執行程式來驗證，下面我們使用 /proc和/sys檔案系統來驗證：
通過/proc檔案系統驗證：
echo "666" > /proc/hello
cat /proc/hello
通過/sys檔案系統驗證：
echo "666" > /sys/class/hello/hello/val
cat /sys/class/hello/hello/val
如果以上兩組測試都返回 666 則說明我們的虛擬裝置的驅動程式已經成功載入。