在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序
生活随笔
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在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
在智能手機時代，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用戶，營造品牌凝聚力和用戶忠城度，典型的代表非iphone莫屬了。
據統計，截止2011年5月，AppStore的應用軟件數量達381062個，位居第一，而Android Market的應用軟件數量達294738，緊隨AppStore后面，并有望在8月份越過AppStore。隨著Android系統逐步擴大市場占有率，終端設備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件驅動的Android人才需求，一類是偏向軟件應用的Android人才需求。總的來說，對有志于從事Android硬件驅動的開發工程師來說，現在是一個大展拳腳的機會。那么，就讓我們一起來看看如何為Android系統編寫內核驅動程序吧。
#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??
#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"?? ?? /*主設備和從設備號變量*/?? static?int?hello_major?=?0;?? static?int?hello_minor?=?0;?? ?? /*設備類別和設備變量*/?? static?struct?class*?hello_class?=?NULL;?? static?struct?hello_android_dev*?hello_dev?=?NULL;?? ?? /*傳統的設備文件操作方法*/?? 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);?? ?? /*設備文件操作方法表*/?? static?struct?file_operations?hello_fops?=?{?? ????.owner?=?THIS_MODULE,?? ????.open?=?hello_open,?? ????.release?=?hello_release,?? ????.read?=?hello_read,?? ????.write?=?hello_write,??? };?? ?? /*訪問設置屬性方法*/?? 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);?? ?? /*定義設備屬性*/?? static?DEVICE_ATTR(val,?S_IRUGO?|?S_IWUSR,?hello_val_show,?hello_val_store);??
/*打開設備方法*/?? static?int?hello_open(struct?inode*?inode,?struct?file*?filp)?{?? ????struct?hello_android_dev*?dev;?????????? ?????? ????/*將自定義設備結構體保存在文件指針的私有數據域中，以便訪問設備時拿來用*/?? ????dev?=?container_of(inode->i_cdev,?struct?hello_android_dev,?dev);?? ????filp->private_data?=?dev;?? ?????? ????return?0;?? }?? ?? /*設備文件釋放時調用，空實現*/?? static?int?hello_release(struct?inode*?inode,?struct?file*?filp)?{?? ????return?0;?? }?? ?? /*讀取設備的寄存器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;?? ????}?????????? ?? ????/*將寄存器val的值拷貝到用戶提供的緩沖區*/?? ????if(copy_to_user(buf,?&(dev->val),?sizeof(dev->val)))?{?? ????????err?=?-EFAULT;?? ????????goto?out;?? ????}?? ?? ????err?=?sizeof(dev->val);?? ?? out:?? ????up(&(dev->sem));?? ????return?err;?? }?? ?? /*寫設備的寄存器值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;?????????? ????}?????????? ?? ????/*將用戶提供的緩沖區的值寫到設備寄存器去*/?? ????if(copy_from_user(&(dev->val),?buf,?count))?{?? ????????err?=?-EFAULT;?? ????????goto?out;?? ????}?? ?? ????err?=?sizeof(dev->val);?? ?? out:?? ????up(&(dev->sem));?? ????return?err;?? }??
/*讀取寄存器val的值到緩沖區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);?? }?? ?? /*把緩沖區buf的值寫到設備寄存器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;?????????? ?? ????/*將字符串轉換成數字*/?????????? ????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;?? }?? ?? /*讀取設備屬性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);?? }?? ?? /*寫設備屬性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);?? }??
/*讀取設備寄存器val的值，保存在page緩沖區中*/?? 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);?? }?? ?? /*把緩沖區的值buff保存到設備寄存器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;?? ????}?????????? ?? ????/*先把用戶提供的緩沖區值拷貝到內核緩沖區中去*/?? ????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;?? }?? ?? /*創建/proc/hello文件*/?? 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文件*/?? static?void?hello_remove_proc(void)?{?? ????remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,?NULL);?? }??
/*初始化設備*/?? 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;?????????? ?? ????/*注冊字符設備*/?? ????err?=?cdev_add(&(dev->dev),devno,?1);?? ????if(err)?{?? ????????return?err;?? ????}?????????? ?? ????/*初始化信號量和寄存器val的值*/?? ????init_MUTEX(&(dev->sem));?? ????dev->val?=?0;?? ?? ????return?0;?? }?? ?? /*模塊加載方法*/?? static?int?__init?hello_init(void){??? ????int?err?=?-1;?? ????dev_t?dev?=?0;?? ????struct?device*?temp?=?NULL;?? ?? ????printk(KERN_ALERT"Initializing?hello?device.\n");?????????? ?? ????/*動態分配主設備和從設備號*/?? ????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設備結構體變量*/?? ????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;?? ????}?????????? ?? ????/*初始化設備*/?? ????err?=?__hello_setup_dev(hello_dev);?? ????if(err)?{?? ????????printk(KERN_ALERT"Failed?to?setup?dev:?%d.\n",?err);?? ????????goto?cleanup;?? ????}?????????? ?? ????/*在/sys/class/目錄下創建設備類別目錄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目錄下分別創建設備文件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目錄下創建屬性文件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);?????????? ?? ????/*創建/proc/hello文件*/?? ????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;?? }?? ?? /*模塊卸載方法*/?? 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文件*/?? ????hello_remove_proc();?????????? ?? ????/*銷毀設備類別和設備*/?? ????if(hello_class)?{?? ????????device_destroy(hello_class,?MKDEV(hello_major,?hello_minor));?? ????????class_destroy(hello_class);?? ????}?????????? ?? ????/*刪除字符設備和釋放設備內存*/?? ????if(hello_dev)?{?? ????????cdev_del(&(hello_dev->dev));?? ????????kfree(hello_dev);?? ????}?????????? ?? ????/*釋放設備號*/?? ????unregister_chrdev_region(devno,?1);?? }?? ?? MODULE_LICENSE("GPL");?? MODULE_DESCRIPTION("First?Android?Driver");?? ?? module_init(hello_init);?? module_exit(hello_exit);??
?? ? ? ?這里，我們不會為真實的硬件設備編寫內核驅動程序。為了方便描述為Android系統編寫內核驅動程序的過程，我們使用一個虛擬的硬件設備，這個設備只有一個4字節的寄存器，它可讀可寫。想起我們第一次學習程序語言時，都喜歡用“Hello, World”作為例子，這里，我們就把這個虛擬的設備命名為“hello”，而這個內核驅動程序也命名為hello驅動程序。其實，Android內核驅動程序和一般Linux內核驅動程序的編寫方法是一樣的，都是以Linux模塊的形式實現的，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，這里我們還是從Android系統的角度來描述Android內核驅動程序的編寫和編譯過程。
?? ? ? 一. 參照前面兩篇文章在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新源代碼和在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新內核源代碼（Linux Kernel）準備好Android內核驅動程序開發環境。
?? ? ? 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文件：
[cpp] view plaincopy???這個頭文件定義了一些字符串常量宏，在后面我們要用到。此外，還定義了一個字符設備結構體hello_android_dev，這個就是我們虛擬的硬件設備了，val成員變量就代表設備里面的寄存器，它的類型為int，sem成員變量是一個信號量，是用同步訪問寄存器val的，dev成員變量是一個內嵌的字符設備，這個Linux驅動程序自定義字符設備結構體的標準方法。
?? 四.在hello目錄中增加hello.c文件，這是驅動程序的實現部分。驅動程序的功能主要是向上層提供訪問設備的寄存器的值，包括讀和寫。這里，提供了三種訪問設備寄存器的方法，一是通過proc文件系統來訪問，二是通過傳統的設備文件的方法來訪問，三是通過devfs文件系統來訪問。下面分段描述該驅動程序的實現。
?? 首先是包含必要的頭文件和定義三種訪問設備的方法：
[cpp] view plaincopy
?? ? ? ?定義傳統的設備文件訪問方法，主要是定義hello_open、hello_release、hello_read和hello_write這四個打開、釋放、讀和寫設備文件的方法：
[cpp] view plaincopy
?? ? ? ?定義通過devfs文件系統訪問方法，這里把設備的寄存器val看成是設備的一個屬性，通過讀寫這個屬性來對設備進行訪問，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：
[cpp] view plaincopy
?? ? ? ?定義通過proc文件系統訪問方法，主要實現了hello_proc_read和hello_proc_write兩個方法，同時定義了在proc文件系統創建和刪除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc：
[cpp] view plaincopy?? 最后，定義模塊加載和卸載方法，這里只要是執行設備注冊和初始化操作：
[cpp] view plaincopy
??? 五.在hello目錄中新增Kconfig和Makefile兩個文件，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文件的內容
?? ? ? config HELLO ?? ? ? ? ? tristate "First Android Driver" ?? ? ? ? ? default n ?? ? ? ? ? help ?? ? ? ? ? This is the first android driver. ?? ? ?Makefile文件的內容 ?? ? ?obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o ?? ? ?在Kconfig文件中，tristate表示編譯選項HELLO支持在編譯內核時，hello模塊支持以模塊、內建和不編譯三種編譯方法，默認是不編譯，因此，在編譯內核前，我們還需要執行make menuconfig命令來配置編譯選項，使得hello可以以模塊或者內建的方法進行編譯。 ?? ? ?在Makefile文件中，根據選項HELLO的值，執行不同的編譯方法。 ?? ? ?六. 修改arch/arm/Kconfig和drivers/kconfig兩個文件，在menu "Device Drivers"和endmenu之間添加一行： ?? ? ?source "drivers/hello/Kconfig" ?? ? ? ?這樣，執行make menuconfig時，就可以配置hello模塊的編譯選項了。.? 七.?修改drivers/Makefile文件，添加一行： obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/ ?? ? ? ?八. 配置編譯選項： USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$?make menuconfig 找到"Device Drivers" => "First Android Drivers"選項，設置為y。 注意，如果內核不支持動態加載模塊，這里不能選擇m，雖然我們在Kconfig文件中配置了HELLO選項為tristate。要支持動態加載模塊選項，必須要在配置菜單中選擇Enable loadable module support選項；在支持動態卸載模塊選項，必須要在Enable loadable module support菜單項中，選擇Module unloading選項。 九. 編譯： USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$?make ?? ? ? ?編譯成功后，就可以在hello目錄下看到hello.o文件了，這時候編譯出來的zImage已經包含了hello驅動。 十. 參照在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新內核源代碼（Linux Kernel）一文所示，運行新編譯的內核文件，驗證hello驅動程序是否已經正常安裝： 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設備文件： root@android:/ # cd dev root@android:/dev # ls ?? ?進入到proc目錄，可以看到hello文件： root@android:/ # cd proc root@android:/proc # ls 訪問hello文件的值： 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文件： root@android:/sys/class/hello # cd hello root@android:/sys/class/hello/hello # ls 訪問屬性文件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內核驅動程序就完成了，并且驗證一切正常。這里我們采用的是系統提供的方法和驅動程序進行交互，也就是通過proc文件系統和devfs文件系統的方法，下一篇文章中，我們將通過自己編譯的C語言程序來訪問/dev/hello文件來和hello驅動程序交互，敬請期待。總結
以上是生活随笔為你收集整理的在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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