在智慧手機時代，每個品牌的手機都有自己的個性特點。正是依靠這種與眾不同的個性來吸引使用者，營造品牌凝聚力和使用者忠城度，典型的代表非iphone莫屬了。據統計，截止2011年5月，AppStore的應用軟體數量達381062個，位居第一，而Android Market的應用軟體數量達294738，緊隨AppStore後面，並有望在8月份越過AppStore。隨著Android系統逐步擴大市場佔有率，終端裝置的多樣性亟需更多的移動開發人員的參與。據業內統計，Android研發人才缺口至少30萬。目前，對Android人才需求一類是偏向硬體驅動的Android人才需求，一類是偏向軟體應用的Android人才需求。總的來說，對有志於從事Android硬體驅動的開發工程師來說，現在是一個大展拳腳的機會。那麼，就讓我們一起來看看如何為Android系統編寫核心驅動程式吧。

《Android系統原始碼情景分析》一書正在進擊的程式設計師網（http://0xcc0xcd.com）中連載，點選進入！

        這裡，我們不會為真實的硬體裝置編寫核心驅動程式。為了方便描述為Android系統編寫核心驅動程式的過程，我們使用一個虛擬的硬體裝置，這個裝置只有一個4位元組的暫存器，它可讀可寫。想起我們第一次學習程式語言時，都喜歡用“Hello, World”作為例子，這裡，我們就把這個虛擬的裝置命名為“hello”，而這個核心驅動程式也命名為hello驅動程式。其實，Android核心驅動程式和一般Linux核心驅動程式的編寫方法是一樣的，都是以Linux模組的形式實現的，具體可參考前面

Android學習啟動篇一文中提到的Linux Device Drivers一書。不過，這裡我們還是從Android系統的角度來描述Android核心驅動程式的編寫和編譯過程。

       二. 進入到kernel/common/drivers目錄，新建hello目錄：

       USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ cd kernel/common/drivers

       USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common/drivers$ mkdir hello

       三. 在hello目錄中增加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
 

   這個標頭檔案定義了一些字串常量巨集，在後面我們要用到。此外，還定義了一個字元裝置結構體hello_android_dev，這個就是我們虛擬的硬體裝置了，val成員變數就代表裝置裡面的暫存器，它的型別為int，sem成員變數是一個訊號量，是用同步訪問暫存器val的，dev成員變數是一個內嵌的字元裝置，這個Linux驅動程式自定義字元裝置結構體的標準方法。

   四.在hello目錄中增加hello.c檔案，這是驅動程式的實現部分。驅動程式的功能主要是向上層提供訪問裝置的暫存器的值，包括讀和寫。這裡，提供了三種訪問裝置暫存器的方法，一是通過proc檔案系統來訪問，二是通過傳統的裝置檔案的方法來訪問，三是通過devfs檔案系統來訪問。下面分段描述該驅動程式的實現。

   首先是包含必要的標頭檔案和定義三種訪問裝置的方法：

#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);

   定義傳統的裝置檔案訪問方法，主要是定義hello_open、hello_release、hello_read和hello_write這四個開啟、釋放、讀和寫裝置檔案的方法：

/*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;
}

 定義通過devfs檔案系統訪問方法，這裡把裝置的暫存器val看成是裝置的一個屬性，通過讀寫這個屬性來對裝置進行訪問，主要是實現hello_val_show和hello_val_store兩個方法，同時定義了兩個內部使用的訪問val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val：

/*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);
}

定義通過proc檔案系統訪問方法，主要實現了hello_proc_read和hello_proc_write兩個方法，同時定義了在proc檔案系統建立和刪除檔案的方法hello_create_proc和hello_remove_proc：

/*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->owner = THIS_MODULE;
		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);
}

   最後，定義模組載入和解除安裝方法，這裡只要是執行設備註冊和初始化操作：

/*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*/
	init_MUTEX(&(dev->sem));
	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/目錄和/sys/class/hello目錄下分別建立裝置檔案hello*/
	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);

    五.在hello目錄中新增Kconfig和Makefile兩個檔案，其中Kconfig是在編譯前執行配置命令make menuconfig時用到的，而Makefile是執行編譯命令make是用到的：

       Kconfig檔案的內容

       config HELLO           tristate "First Android Driver"           default n           help           This is the first android driver.      Makefile檔案的內容      obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o      在Kconfig檔案中，tristate表示編譯選項HELLO支援在編譯核心時，hello模組支援以模組、內建和不編譯三種編譯方法，預設是不編譯，因此，在編譯核心前，我們還需要執行make menuconfig命令來配置編譯選項，使得hello可以以模組或者內建的方法進行編譯。      在Makefile檔案中，根據選項HELLO的值，執行不同的編譯方法。      六. 修改arch/arm/Kconfig和drivers/kconfig兩個檔案，在menu "Device Drivers"和endmenu之間新增一行：source "drivers/hello/Kconfig"這樣，執行make menuconfig時，就可以配置hello模組的編譯選項了。.         七. 修改drivers/Makefile檔案，新增一行：        obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/八. 配置編譯選項：        USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$ make menuconfig        找到"Device Drivers" => "First Android Drivers"選項，設定為y。        注意，如果核心不支援動態載入模組，這裡不能選擇m，雖然我們在Kconfig檔案中配置了HELLO選項為tristate。要支援動態載入模組選項，必須要在配置選單中選擇Enable loadable module support選項；在支援動態解除安裝模組選項，必須要在Enable loadable module support選單項中，選擇Module unloading選項。        九. 編譯：        USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$ make編譯成功後，就可以在hello目錄下看到hello.o檔案了，這時候編譯出來的zImage已經包含了hello驅動。        USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ emulator -kernel ./kernel/common/arch/arm/boot/zImage &        USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ adb shell        進入到dev目錄，可以看到hello裝置檔案：        root@android:/ # cd dev        root@android:/dev # ls        進入到proc目錄，可以看到hello檔案：        root@android:/ # cd proc        root@android:/proc # ls        訪問hello檔案的值：        root@android:/proc # cat hello        0        root@android:/proc # echo '5' > hello        root@android:/proc # cat hello        5        進入到sys/class目錄，可以看到hello目錄：        root@android:/ # cd sys/class        root@android:/sys/class # ls        進入到hello目錄，可以看到hello目錄：        root@android:/sys/class # cd hello        root@android:/sys/class/hello # ls        進入到下一層hello目錄，可以看到val檔案：        root@android:/sys/class/hello # cd hello        root@android:/sys/class/hello/hello # ls        訪問屬性檔案val的值：        root@android:/sys/class/hello/hello # cat val        5        root@android:/sys/class/hello/hello # echo '0'  > val        root@android:/sys/class/hello/hello # cat val        0        至此，我們的hello核心驅動程式就完成了，並且驗證一切正常。這裡我們採用的是系統提供的方法和驅動程式進行互動，也就是通過proc檔案系統和devfs檔案系統的方法，下一篇文章中，我們將通過自己編譯的C語言程式來訪問/dev/hello檔案來和hello驅動程式互動，敬請期待。