linux编程写一个用户程序及字符设备驱动？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-06-22 03:47 标签： linux字符设备和块设备

驱动程序可以使用ioctl执行硬件控制。

,,,:可选参数:插入*argp，具体内容依赖于cmd

inode与filp两个指针对应于应用程序传递的文件描述符fd，这和传递open方法的参数一样。

cmd 由用户空间直接不经修改的传递给驱动程序

size:表示所涉及的用户数据大小，通常为13位或是14位，具体可通过宏_IOC_SIZEBITS找到针对特定体系结构的具体数值。内核不会检查这个位字段，对该字段的检查可以帮助我们检测用户空间的错误。

在使用ioctl命令编号时，一定要避免与预定义命令重复，否则，命令冲突，设备不会响应

下列ioctl命令对任何文件(包括设备特定文件)都是预定义的：

如何使用ioctl的附加参数：arg

1:arg是个整数，那简单，直接用

2:arg是个指针，麻烦点，需检测后才能用

分析：使用指针，首先得保证指针指向的地址合法。因此，在使用这个指针之前，我们应该使用

addr: 一个用户空间的地址

如果在该地址处既要读取，又要写入，则应该用:VERIFY_WRITE,因为它是VERIFY_READ的超集

注意：首先, access_ok不做校验内存存取的完整工作; 它只检查内存引用是否在这个进程有合理权限的内存范围中，且确保这个地址不指向内核空间内存。其次，大部分驱动代码不需要真正调用 access_ok，而直接使用put_user(datum, ptr)和get_user(local, ptr)，它们带有校验的功能，确保进程能够写入给定的内存地址，成功时返回 0, 并且在错误时返回 -EFAULT.。

/*抽取类型和编号位字段，并拒绝错误的命令号：在调用access_ok之前返回ENOTTY(不恰当的ioctl)*/

/*方向是一个位掩码，而VERIFY_WRITE用于R/W*传输。“类型”是针对用户空间而言，而access_ok面向内核，因此，读取和写入，恰好相反*/

使用时，速度快，不做类型检查，使用时可以给ptr传递任意类型的指针参数，只要是个用户空间的地址就行，传递的数据大小依赖于ptr参数的类型。

一般用法：实现一个读取方法时，可以调用__put_user来节省几个时钟周期，或者在复制多项数据之前调用一次access_ok，像上面代码一样。

接收的数据被保存在局部变量local中，返回值说明其是否正确。同样，__get_user应该在操作地址被access_ok后使用。

来由：驱动程序必须进行附加的检查以确认用户是否有权进行请求的操作

权能作用：基于权能的系统抛弃了那种要么全有，要么全无的特权分配方式，而是把特权操作划分成了独立的组。

在执行一项特权之前，应先检查其是否具有这个权利

CAP_NET_ADMIN /*进行网络管理任务的能力, 包括那些能够影响网络接口的任务*/

该文重点给出了三个实例来讲解Linux驱动，使新手快速、从代码层了解什么是Linux设备驱动。 
本文算是笔记，大体上是翻译该文的前两部分，即前两个实例，这两个例子都可能正确成功运行。

- 微处理器编程.对处理器的工作原理有一定的了解，如内存管理、中断等

写设备驱动时，了解“用户空间”和“内核空间”之间的区别是非常重要的。 

 - 内核空间。Linux内核简单并高效地管理着机器的硬件，为用户提供简单并
 规范的编程接口。同样地，内核，特别是内核中的驱动，是用户／程序员与硬
 件之间的桥梁或接口。内核的任何例程或函数（比如模块、驱动）都属于内核
 - 用户空间。用户程序，比如unix shell或其他的gui应用程序（比如
 kpresenter），都属于用户空间。显然，这些应用程序都要与硬件打交道。但是
 它们不并直接操作硬件，而是通过内核提供的函数来实现。

内核为用户空间提供了一系列的例程或函数，用户的应用程序利用这些接口来与硬件交互 
。通常，在UNIX或Linux系统中，这种对话是通过函数或子程序来读写文件的。原因是从 
用户的角度来看，UNIX设备就是文件。

另一方面，在内核空间中Linux也提供了一系列的函数或子程序来完成底层与硬件的交互 
，并允许从内核向用户空间传递信息。

通常，每个用户空间的（设备或文件允许使用的）函数，都能在内核空间中找到一个类似 
的函数，（允许信息从内核传递给用户空间，反之亦然）

内核空间中有许多函数用于控制硬件或在内核与硬件之间交互信息。

现在将展示如何完成第一个驱动，在内核中将看作模块

2.6.x版本后的内核，编译模块会略微复杂一点。首先，需要有一份完整的、编译过的内 
核源码树。在下面的文字中，将假设使用2。6。8版本的内核。

与之前版本的内核不同，现在编译模块时使用的内核需要与模块将要加载的内核相同。 
编译上面的文件，可以使用命令：

这个极其简单的模块就属于内核空间，一旦其被加载，它就是内核空间的一部分。 
在用户空间，可以使用下面的命令加载它，需要root权限：

insmod 这个命令用于为内核加载模块。尽管现在我们已经加载了nothing.ko这个模块， 
但是这个模块毕竟没有任何用处。

可以通过查看系统里已加载的模块来检查是否已经成功加载了nothing.ko

最后，需要卸载该模块时使用下面的命令：

重新使用lsmod，可以发现nothing模块已经不在了。

为最高优先级（数字越低，优先级越高）。这样，不仅可以在内核系统日志中看到该 
打印信息，还能在系统控制台接收到该打印信息。

可以用之前的命令来编译这个模块，此时只需要将模块名加入到Makefile文件中即可：

本文的其他部分，将Makefile作为给读者的练习。一个完整的Makefile文件可以编译 
本教程中的所有示例模块。

当模块被加载或卸载时，通过printk打印的信息将会出现在系统控制台。如果打印 
信息没有出现在终端里，则可通过dmesg命令或查看系统日志文件（cat 

接着将介绍如何构建一个完整的设备驱动：memory.c。可以从该设备中读取一个字符， 
也可向其写入一个字符。这个设备并没有实际意义，只是因为它是一个完整的 
驱动程序，遂将其作为一个实例来说明。它很容易实现，因为它并不是一个正真的 
硬件设备的接口（除了电脑本身）。

这个驱动中，要添加几个在设备驱动程序中频繁出现的#inclu#include

几个通常用来操作文件的函数。这些在后面会详细介绍到。接着，向内核声明初始化和 
退出函数-加载和卸载模块时使用的。最后，声明驱动的全局变量：memory_major表示驱 
动的主驱动号，memory_buffer指向一块用于存储驱动数据的内存区域。

在UNIX和Linux中，从用户空间访问设备与访问文件相同。这些设备文件通常位于/dev目 

要做到这一点，一个文件（将用于访问设备驱动程序）的创建必须使用root身份键入以下 

上面这句命令中，c表示创建一个字符设备，该设备的主驱动号major number为60，次驱 

对于这个驱动，为了在内核空间将其链接到对应的/dev下的文件，需要使用 
在安装模块时它以下面的方式被调用：

注意kmalloc函数的使用。这个函数在内核空间中分配一块用于设备驱动缓冲区的内存。 
它的使用方法与著名的malloc函数类似。最后，如果注册主驱动号失败或分配内存失败， 

}移除驱动时还原一个干净的内核，在这个函数中同时释放了驱动的缓冲区。

关信息；一个file结构，该结构中包括操作文件的多个不同函数。但本文并不对这些函数 

当一个文件被打开，通常需要初始化驱动变量或重新设置这个设备。但在这个例子中这 

当一个文件关闭，通常需要释放已使用的内存和任何打开文件时关链到的变量。但是，同 
样的因为本例十分简单，这些工作这里都没有做。

员。这里它对应memory_read函数。它的参数有：一个file结构；一个缓冲区buf，用户 
空间从该缓冲区中读数据；一个计数器count记录传输的字节；最后，还有f_pos，用来 
指示从文件的哪里开始读取。

}置f_pos同时也会改变。如果从文件开头读起，f_pos会以1递增，并且返回已正确 
读到的字节数，即1。如果不是从文件开头读起，文件的结束标志0将被返回，因为文件中 

加入之前的所有代码后，便组成了完整的memory驱动memory.c：

在使用本驱动之前，当然需要先编译它，方法与前面类似。加载模块：

很方便即可取消对设备的保护：

如果一切顺利，将有一个设备/dev/memory存在，且可以将其中写字符串或字符，它将存 
储字符串或多个字符中的最后一个。可以像这样来操作：

使用cat来检查这个设备的内容：

已存的字符不会改变，除非再写入覆盖它或这个模块被卸载。

生成文件中有 memory.ko， 该文件即要使用的目标模块

可见其为最后写入的数据。

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