基于linux内核的驱动开发学习

1 驱动
    定义：驱使硬件动起来的程序
    种类：裸机驱动：需求分析--》查原理图--》查芯片手册--》code
            系统驱动：需求分析--》查原理图--》查芯片手册--》设备树--》code
                        --》安装到内核中
     裸机开发&系统开发的优缺点？
    裸机开发：成本低  运行效率高 安全性低 单任务
    系统开发：成本高  运行效率低 安全性低 多任务
             应用程序和驱动程序的区别？
                        应用程序                驱动程序  
    1 加载方式    主动加载                被动加载  
    2 运行空间    用户空间                 kernel空间
    3 执行权限    低                           高
    4 影响力        局部                       全局
    5 函数来源     自定义/库/系统调用    内核函数/自定义

2 模块--》驱动模块
        模块：能够单独命名并且独立完成一定功能的程序语句的集合（程序代码和数据结构）
        驱动模块：能够单独命名并且独立完成特定外设功能驱动的程序语句的集合
         注：一个驱动模块就是一个完整的外设驱动程序，驱动程序被安装到操作系统内核中，
            当该驱动程序对应的外设要工作时，该驱动模块被调用。
    2.1如何写一个驱动模块？
        1 模块初始化函数   int 函数名1(void)
        2 模块清除函数     void 函数名2（void）
        3 模块加载函数     module_init(函数名1)--》sudo insmod hello.ko
        4 模块卸载函数     module_exit(函数名2)--》sudo rmmod hello.ko
        5 声明该驱动遵守GPL--》MOUDULE_LICENSE("GPL”)

    《include/linux/init.h》
    #define module_init(initfn)                    \
    static inline initcall_t __inittest(void)        \
    { return initfn; }    

    #define module_exit(exitfn)                    \
    static inline exitcall_t __exittest(void)        \
    { return exitfn; }
    2.2如何编译驱动模块
        hello.c-->hello.ko
        test.c-->a.out
        需要实现一个Makefile:
        Makefile:
        ifeq ($(KERNELRELEASE),)
            KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build   
            PWD := $(shell pwd)
        modules:
            $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
            //进入/lib/modules/3.5.0-23-generic/build下执行Makefile,        
            将PWD路径下的代码编译成一个hello.o
        else
                obj-m := hello.o  //将hello.o链接成hello.ko
        endif
        
        clean:
        rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions 
        Module* modules*
    3.3 将驱动模块安装到Linux内核中
         sudo insmod hello.ko-->将驱动模块hello.ko安装到linux内核中
         lsmod-->查看当前系统中所有已加载的驱动模块
         dmesg |tail-->查看内核缓存区后10行打印信息
         dmesg |tail  -20-->查看内核缓存区后20行打印信息
         modinfo hello.ko-->查看模块信息描述
         sudo rmmod hello.ko-->将hello.ko从内核中移除
     3.4将驱动代码分成两个文件
        hello.c-->hello_init.c&hello_exit.c-->hello_init.o&hello_exit.o-->hello.ko
        需要实现一个Makefile:
        Makefile:
        ifeq ($(KERNELRELEASE),)
            KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build   
            PWD := $(shell pwd)
        modules:
            $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
            //进入/lib/modules/3.5.0-23-generic/build下执行Makefile,        
            将PWD路径下的代码编译成一个hello.o
        else
                obj-m := hello.o  //将hello.o链接成hello.ko
            hello-objs=hello_init.o hello_exit.o//将两个.o文件连接成一个hello.o文件
        endif
        
        clean:
        rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions 
        Module* modules*
         
    3 模块传参
        应用程序：
            传参：./a.out  1.txt 2.txt
            接收传参：int main(int argc,char *argv[])
        驱动程序：
            传参：安装驱动模块时传  sudo insmod hello.ko gtest=100
            接收传参：1 用全局变量  int gtest;
                          2 声明该全局变量接收传参

            如何声明一个全局变量可以接收shell终端的参数传递？用内核函数声明
            module_param(name, type, perm)
            name:参数名，既是内部参数名，又是外部参数名
            type：参数的数据类型
            perm：访问权限，0644。0表示该参数在文件系统中不可见

            module_param_string(name, string, len, perm)
            name:外部参数名
            string：内部参数
            len：数组的大小
            perm：访问权限，0644。0表示该参数在文件系统中不可见

            module_param_array(name, type, nump, perm)
            name:数组参数名，既是内部参数名，又是外部参数名
            type:参数的数据类型（数组成员的数据类型）
            nump:用来存放终端传给数组的实际元素个数
            perm：访问权限，0644。0表示该参数在文件系统中不可见

            测试步骤：
                1 sudo insmod hello.ko gtest=100
                2 dmesg |tail-->查看gtest的值是否是100？
                3 cd /sys/module/hello/paramters
                        ls -l--->gtest  
                        cat gtest-->100?
                        sudo chmod 777 gtest
                        echo 200 > gtest
                        cat gtest-->200?
                4 sudo rmmod hello.ko
                5 dmesg |tail-->gtest=200?
    4 符号导出
        1 什么是符号？在内核和驱动中主要是指全局变量和函数
        2 为什么要导出符号？
            linux内核是以模块化形式管理内核代码的。内核中的每个模块之间是相互独立
        的，也就是说A模块中的全局变量和函数，B模块是无法访问的，若B模块想要使用
        A模块已有的符号，那么必须将A模块中的符号做导出，导出到模块符号表中，然后
        B模块才能使用符号表里的符号。
        3 如何做符号导出？
        linux内核给我们提供了两个宏：
        EXPORT_SYMBOL(符号名)；
        EXPORT_SYMBOL_GPL(符号名);
        EXPORT_SYMBOL_GPL(gtest);
        EXPORT_SYMBOL_GPL(func);
        例如：模块A-->符号导出的模块
                hello.c-->EXPORT_SYMBOL_GPL(gtest);
                            EXPORT_SYMBOL_GPL(func);
                make成功后会生成一个存放符号的本地符号表，本地符号表中存放的就是
                代码里导出的符号
                Module.symvers:
Addr------------符号名------------模块名-------------导出符号的宏
0x8eaf8fe3    gtest    /home/farsight/2022/22101/driver/day1/module_symbol/module_exportA/hello    EXPORT_SYMBOL_GPL
0xd1a68ac8     Func    /home/farsight/2022/22091/driver/day1/module_symbol/module_exportA/hello    EXPORT_SYMBOL_GPL

                模块B--》使用导出符号的模块
                    使用条件：1 将A模块导出的符号表拷贝到B模块中
                                  2 在B模块的代码里外部声明使用哪个符号，然后才能使用
        
            测试步骤：
                1 sudo insmod hello.ko-->符号导出模块
                2 sudo insmod world.ko--》使用符号的模块
                3 dmesg |tail -->
                4 lsmod
                5 sudo rmmod world.ko
                6 sudo rmmod hello.ko

          linux内核提供了两类符号表：
        第一种：用户自定义模块导出的符号表，称为本地符号表Module.symvers
        第二种：内核全局符号表 /proc/kallsyms
            sudo cat /proc/kallsyms |grep printk
            c15cd833 T printk
            函数指针=0xc15cd833;
           int printf(const char *format,...)