【linux】驱动-2-内核模块

前言
2. 内核模块
- 2.1 内核模块概念
  - 2.1.1 内核
  - 2.1.2 内核模块机制的引入
- 2.2 内核模块
参考

前言

以野火i.M 6U为例

2. 内核模块

本章节笔记主要理解内核模块代码框架和原理，分析一个简单的内核模块例子。

需要明确的是模块和驱动是两回事。

2.1 内核模块概念

2.1.1 内核

内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，决定着整个操作系统的性能和稳定性。

内核按照体系结构分为：微内核和宏内核。

参考图：

2.1.2 内核模块机制的引入

提高系统灵活性，在调试驱动的时候不需要重新编译内核，也不需要重新启动内核，只需要插入需要调试的驱动即可。

内核模块的特点：

模块本身不被编译入内核映像，这控制了内核的大小。
模块一旦被加载，它就和内核中的其它部分完全一样。

2.2 内核模块

内核模块编译后会得到一个 .ko 的 ELF 文件。（ELF 文件可以百度一下，也可以参考野火的内核模块章节。）

ELF 文件：这类文件包含了代码和数据，可以被用来链接成可执行文件或共享目标文件，静态链接库也可以归为这一类。

2.2.1 内核模块参考例程

必须内容可分为以下几点：

入口函数：当通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数就会自动被内核执行，完成本模块相关的初始化工作。
出口函数：执行rmmod命令卸载模块时，模块卸载函数就会自动被内核自动执行，完成相关清理工作。
协议：许可证声明描述内核模块的许可权限，如果模块不声明，模块被加载时，将会有内核被污染的警告。

非必须内容：

模块参数：模块参数是模块被加载时，可以传值给模块中的参数。
模块导出符号：模块可以导出准备好的变量或函数作为符号，以便其他内核模块调用。
模块的其他相关信息：可以声明模块作者等信息。

hello_module.c

/** @file hello_module.c

* @brief 简要说明

* @details 详细说明

* @author lzm

* @date 2021-02-21 18:08:07

* @version v1.0

* @copyright Copyright By lizhuming, All Rights Reserved

*

**********************************************************

* @LOG 修改日志:

**********************************************************

*/

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/kernel.h>

// 入口函数：安装驱动时调用的函数

static int __init hello_init(void)

{

printk(KERN_EMERG "[ KERN_EMERG ] Hello Module Init\n");

printk( "[ default ] Hello Module Init\n");

return 0;

}

// 出口函数：卸载驱动时调用的函数

static void __exit hello_exit(void)

{

printk("[ default ] Hello Module Exit\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

//MODULE_LICENSE("GPL2");

MODULE_AUTHOR("embedfire ");

MODULE_DESCRIPTION("hello world module");

MODULE_ALIAS("test_module");

2.2.2 内核模块命令

insmod：插入模块：insmod+模块完整路径。

modprobe：插入模块，insmod具备同样的功能，同样可以将模块加载到内核中，除此以外modprobe还能检查模块之间的依赖关系，并且按照顺序加载这些依赖，可以理解为按照顺序多次执行insmod。

depmod：创建模块依赖文件。modprobe是怎么知道一个给定模块所依赖的其他的模块呢？在这个过程中，depmod起到了决定性作用，当执行modprobe时，它会在模块的安装目录下搜索module.dep文件，这是depmod创建的模块依赖关系的文件。

rmmod：删除模块：insmod+模块名称。

lsmod：查看所有模块。

modinfo：显示模块中的几个宏的定义。如协议、作者等等。

2.2.3 系统自动加载模块 **

让系统自动加载模块需要用到命令depmod和modprobe。

首先需要将我们想要自动加载的模块统一放到 /lib/modules/内核版本 目录下，内核版本使用 uname -r 查询；

其次使用depmod建立模块之间的依赖关系，命令 depmod -a ；

这个时候我们就可以在modules.dep中看到模块依赖关系，可以使用如下命令查看：

cat /lib/modules/内核版本/modules.dep | grep calculation

最后在/etc/modules加上我们自己的模块。

注意在该配置文件中，模块不写成.ko形式代表该模块与内核紧耦合，有些是系统必须要跟内核紧耦合，比如mm子系统，一般写成.ko形式比较好，如果出现错误不会导致内核出现panic错误，如果集成到内核，出错了就会出现panic。

然后重启开发板，使用命令lsmod即可查看我们的模块开机就被加载到内核了。

2.2.4 导出符号

实际上，符号指的就是内核模块中使用 EXPORT_SYMBOL 声明的函数和变量。当模块被装入内核后，它所导出的符号都会记录在公共内核符号表中。可供给其它模块使用。

导出方法：

符号必须在模块文件的全局部分导出，不能在函数中使用。
_GPL使得导出的模块只能被GPL许可的模块使用。
编译我们的模块时，这两个宏会被拓展为一个特殊变量的声明，存放在ELF文件中。具体也就是存放在ELF文件的符号表中：
- st_name：是符号名称在符号名称字符串表中的索引值；
- st_value：是符号所在的内存地址；
- st_size：是符号大小；
- st_info：是符号类型和绑定信息；
- st_shndx：表示符号所在section。

EXPORT_SYMBOL(name)

EXPORT_SYMBOL_GPL(name)  // name为要导出的标志

调用方法(例子)：

extern int name;

2.2.5 模块参数

模块参数：模块参数是模块被加载时，可以传值给模块中的参数。

Linux内核提供一个宏来实现模块的参数传递：

#define module_param(name, type, perm) module_param_named(name, name, type, perm)

#define module_param_array(name, type, nump, perm) module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)

name：我们定义的变量名；
type：参数的类型，目前内核支持的参数类型有byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，charp，bool，invbool。其中charp表示的是字符指针，bool是布尔类型，其值只能为0或者是1；invbool是反布尔类型，其值也是只能取0或者是1，但是true值表示0，false表示1。变量是char类型时，传参只能是byte，char * 时只能是charp。
perm：表示的是该文件的权限，具体参数值见下表：

对应用户	字符	说明
当前用户	S_IRUSR	用户具有读权限
当前用户	S_IWUSR	用户具有写权限
当前用户组	S_IRGRP	当前用户组的其它用户拥有读权限
当前用户组	S_IWGRP	当前用户组的其它用户拥有写权限
其它用户	S_IROTH	其它用户具有读权限
其它用户	S_IWOTH	其它用户具有写权限

模块参数使用示例

模块源码：

static int nameA=0;

module_param(nameA,int,0);

static bool nameB=0;

module_param(nameB,bool,0644);

加载模块后，会在路径 /sys/module/模块名/parameters 下存在以模块参数为名的文件。（注：若文件权限为0，则无法查看该文件，也不会显示在该路径）

参考

李柱明博客园
野火