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在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序

 
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在智能手机时代，每个品牌的手机都有自己的个性特点。正是依靠这种与众不同的个性来吸引用户，营造品牌凝聚力和用户忠城度，典型的代表非iphone莫属了。据统计，截止2011年5月，AppStore的应用软件数量达381062个，位居第一，而Android Market的应用软件数量达294738，紧随AppStore后面，并有望在8月份越过AppStore。随着Android系统逐步扩大市场占有率，终端设备的多样性亟需更多的移动开发人员的参与。据业内统计，Android研发人才缺口至少30万。目前，对Android人才需求一类是偏向硬件驱动的Android人才需求，一类是偏向软件应用的Android人才需求。总的来说，对有志于从事Android硬件驱动的开发工程师来说，现在是一个大展拳脚的机会。那么，就让我们一起来看看如何为Android系统编写内核驱动程序吧。

这里，我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序。为了方便描述为Android系统编写内核驱动程序的过程，我们使用一个虚拟的硬件设备，这个设备只有一个4字节的寄存器，它可读可写。想起我们第一次学习程序语言时，都喜欢用“Hello, World”作为例子，这里，我们就把这个虚拟的设备命名为“hello”，而这个内核驱动程序也命名为hello驱动程序。其实，Android内核驱动程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的，都是以Linux模块的形式实现的，具体可参考前面Android学习启动篇一文中提到的Linux Device Drivers一书。不过，这里我们还是从Android系统的角度来描述Android内核驱动程序的编写和编译过程。

一. 参照前面两篇文章在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码和在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel）准备好Android内核驱动程序开发环境。

二. 进入到kernel/common/drivers目录，新建hello目录：

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

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

三. 在hello目录中增加hello.h文件：

view plain
  1. #ifndef_HELLO_ANDROID_H_
  2. #define_HELLO_ANDROID_H_
  4. #include<linux/cdev.h>
  5. #include<linux/semaphore.h>
  7. #defineHELLO_DEVICE_NODE_NAME"hello"
  8. #defineHELLO_DEVICE_FILE_NAME"hello"
  9. #defineHELLO_DEVICE_PROC_NAME"hello"
  10. #defineHELLO_DEVICE_CLASS_NAME"hello"
  12. structhello_android_dev{
  13. intval;
  14. structsemaphoresem;
  15. structcdevdev;
  16. };
  18. #endif

这个头文件定义了一些字符串常量宏，在后面我们要用到。此外，还定义了一个字符设备结构体hello_android_dev，这个就是我们虚拟的硬件设备了，val成员变量就代表设备里面的寄存器，它的类型为int，sem成员变量是一个信号量，是用同步访问寄存器val的，dev成员变量是一个内嵌的字符设备，这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。

四.在hello目录中增加hello.c文件，这是驱动程序的实现部分。驱动程序的功能主要是向上层提供访问设备的寄存器的值，包括读和写。这里，提供了三种访问设备寄存器的方法，一是通过proc文件系统来访问，二是通过传统的设备文件的方法来访问，三是通过devfs文件系统来访问。下面分段描述该驱动程序的实现。

首先是包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法：

view plain
  1. #include<linux/init.h>
  2. #include<linux/module.h>
  3. #include<linux/types.h>
  4. #include<linux/fs.h>
  5. #include<linux/proc_fs.h>
  6. #include<linux/device.h>
  7. #include<asm/uaccess.h>
  9. #include"hello.h"
  11. /*主设备和从设备号变量*/
  12. staticinthello_major=0;
  13. staticinthello_minor=0;
  15. /*设备类别和设备变量*/
  16. staticstructclass*hello_class=NULL;
  17. staticstructhello_android_dev*hello_dev=NULL;
  19. /*传统的设备文件操作方法*/
  20. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp);
  21. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp);
  22. staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
  23. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
  25. /*设备文件操作方法表*/
  26. staticstructfile_operationshello_fops={
  27. .owner=THIS_MODULE,
  28. .open=hello_open,
  29. .release=hello_release,
  30. .read=hello_read,
  31. .write=hello_write,
  32. };
  34. /*访问设置属性方法*/
  35. staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf);
  36. staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount);
  38. /*定义设备属性*/
  39. staticDEVICE_ATTR(val,S_IRUGO|S_IWUSR,hello_val_show,hello_val_store);

定义传统的设备文件访问方法，主要是定义hello_open、hello_release、hello_read和hello_write这四个打开、释放、读和写设备文件的方法：

view plain
  1. /*打开设备方法*/
  2. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp){
  3. structhello_android_dev*dev;
  5. /*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中，以便访问设备时拿来用*/
  6. dev=container_of(inode->i_cdev,structhello_android_dev,dev);
  7. filp->private_data=dev;
  9. return0;
  10. }
  12. /*设备文件释放时调用，空实现*/
  13. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp){
  14. return0;
  15. }
  17. /*读取设备的寄存器val的值*/
  18. staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
  19. ssize_terr=0;
  20. structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
  22. /*同步访问*/
  23. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  24. return-ERESTARTSYS;
  25. }
  27. if(count<sizeof(dev->val)){
  28. gotoout;
  29. }
  31. /*将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区*/
  32. if(copy_to_user(buf,&(dev->val),sizeof(dev->val))){
  33. err=-EFAULT;
  34. gotoout;
  35. }
  37. err=sizeof(dev->val);
  39. out:
  40. up(&(dev->sem));
  41. returnerr;
  42. }
  44. /*写设备的寄存器值val*/
  45. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
  46. structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
  47. ssize_terr=0;
  49. /*同步访问*/
  50. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  51. return-ERESTARTSYS;
  52. }
  54. if(count!=sizeof(dev->val)){
  55. gotoout;
  56. }
  58. /*将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器去*/
  59. if(copy_from_user(&(dev->val),buf,count)){
  60. err=-EFAULT;
  61. gotoout;
  62. }
  64. err=sizeof(dev->val);
  66. out:
  67. up(&(dev->sem));
  68. returnerr;
  69. }

定义通过devfs文件系统访问方法，这里把设备的寄存器val看成是设备的一个属性，通过读写这个属性来对设备进行访问，主要是实现hello_val_show和hello_val_store两个方法，同时定义了两个内部使用的访问val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val：

view plain
  1. /*读取寄存器val的值到缓冲区buf中，内部使用*/
  2. staticssize_t__hello_get_val(structhello_android_dev*dev,char*buf){
  3. intval=0;
  5. /*同步访问*/
  6. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  7. return-ERESTARTSYS;
  8. }
  10. val=dev->val;
  11. up(&(dev->sem));
  13. returnsnprintf(buf,PAGE_SIZE,"%d/n",val);
  14. }
  16. /*把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中去，内部使用*/
  17. staticssize_t__hello_set_val(structhello_android_dev*dev,constchar*buf,size_tcount){
  18. intval=0;
  20. /*将字符串转换成数字*/
  21. val=simple_strtol(buf,NULL,10);
  23. /*同步访问*/
  24. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  25. return-ERESTARTSYS;
  26. }
  28. dev->val=val;
  29. up(&(dev->sem));
  31. returncount;
  32. }
  34. /*读取设备属性val*/
  35. staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf){
  36. structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
  38. return__hello_get_val(hdev,buf);
  39. }
  41. /*写设备属性val*/
  42. staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount){
  43. structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
  45. return__hello_set_val(hdev,buf,count);
  46. }

定义通过proc文件系统访问方法，主要实现了hello_proc_read和hello_proc_write两个方法，同时定义了在proc文件系统创建和删除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc：

view plain
  1. /*读取设备寄存器val的值，保存在page缓冲区中*/
  2. staticssize_thello_proc_read(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data){
  3. if(off>0){
  4. *eof=1;
  5. return0;
  6. }
  8. return__hello_get_val(hello_dev,page);
  9. }
  11. /*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/
  12. staticssize_thello_proc_write(structfile*filp,constchar__user*buff,unsignedlonglen,void*data){
  13. interr=0;
  14. char*page=NULL;
  16. if(len>PAGE_SIZE){
  17. printk(KERN_ALERT"Thebuffistoolarge:%lu./n",len);
  18. return-EFAULT;
  19. }
  21. page=(char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
  22. if(!page){
  23. printk(KERN_ALERT"Failedtoallocpage./n");
  24. return-ENOMEM;
  25. }
  27. /*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区中去*/
  28. if(copy_from_user(page,buff,len)){
  29. printk(KERN_ALERT"Failedtocopybufffromuser./n");
  30. err=-EFAULT;
  31. gotoout;
  32. }
  34. err=__hello_set_val(hello_dev,page,len);
  36. out:
  37. free_page((unsignedlong)page);
  38. returnerr;
  39. }
  41. /*创建/proc/hello文件*/
  42. staticvoidhello_create_proc(void){
  43. structproc_dir_entry*entry;
  45. entry=create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,0,NULL);
  46. if(entry){
  47. entry->owner=THIS_MODULE;
  48. entry->read_proc=hello_proc_read;
  49. entry->write_proc=hello_proc_write;
  50. }
  51. }
  53. /*删除/proc/hello文件*/
  54. staticvoidhello_remove_proc(void){
  55. remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,NULL);
  56. }

最后，定义模块加载和卸载方法，这里只要是执行设备注册和初始化操作：

view plain
  1. /*初始化设备*/
  2. staticint__hello_setup_dev(structhello_android_dev*dev){
  3. interr;
  4. dev_tdevno=MKDEV(hello_major,hello_minor);
  6. memset(dev,0,sizeof(structhello_android_dev));
  8. cdev_init(&(dev->dev),&hello_fops);
  9. dev->dev.owner=THIS_MODULE;
  10. dev->dev.ops=&hello_fops;
  12. /*注册字符设备*/
  13. err=cdev_add(&(dev->dev),devno,1);
  14. if(err){
  15. returnerr;
  16. }
  18. /*初始化信号量和寄存器val的值*/
  19. init_MUTEX(&(dev->sem));
  20. dev->val=0;
  22. return0;
  23. }
  25. /*模块加载方法*/
  26. staticint__inithello_init(void){
  27. interr=-1;
  28. dev_tdev=0;
  29. structdevice*temp=NULL;
  31. printk(KERN_ALERT"Initializinghellodevice./n");
  33. /*动态分配主设备和从设备号*/
  34. err=alloc_chrdev_region(&dev,0,1,HELLO_DEVICE_NODE_NAME);
  35. if(err<0){
  36. printk(KERN_ALERT"Failedtoallocchardevregion./n");
  37. gotofail;
  38. }
  40. hello_major=MAJOR(dev);
  41. hello_minor=MINOR(dev);
  43. /*分配helo设备结构体变量*/
  44. hello_dev=kmalloc(sizeof(structhello_android_dev),GFP_KERNEL);
  45. if(!hello_dev){
  46. err=-ENOMEM;
  47. printk(KERN_ALERT"Failedtoallochello_dev./n");
  48. gotounregister;
  49. }
  51. /*初始化设备*/
  52. err=__hello_setup_dev(hello_dev);
  53. if(err){
  54. printk(KERN_ALERT"Failedtosetupdev:%d./n",err);
  55. gotocleanup;
  56. }
  58. /*在/sys/class/目录下创建设备类别目录hello*/
  59. hello_class=class_create(THIS_MODULE,HELLO_DEVICE_CLASS_NAME);
  60. if(IS_ERR(hello_class)){
  61. err=PTR_ERR(hello_class);
  62. printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehelloclass./n");
  63. gotodestroy_cdev;
  64. }
  66. /*在/dev/目录和/sys/class/hello目录下分别创建设备文件hello*/
  67. temp=device_create(hello_class,NULL,dev,"%s",HELLO_DEVICE_FILE_NAME);
  68. if(IS_ERR(temp)){
  69. err=PTR_ERR(temp);
  70. printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehellodevice.");
  71. gotodestroy_class;
  72. }
  74. /*在/sys/class/hello/hello目录下创建属性文件val*/
  75. err=device_create_file(temp,&dev_attr_val);
  76. if(err<0){
  77. printk(KERN_ALERT"Failedtocreateattributeval.");
  78. gotodestroy_device;
  79. }
  81. dev_set_drvdata(temp,hello_dev);
  83. /*创建/proc/hello文件*/
  84. hello_create_proc();
  86. printk(KERN_ALERT"Succeddedtoinitializehellodevice./n");
  87. return0;
  89. destroy_device:
  90. device_destroy(hello_class,dev);
  92. destroy_class:
  93. class_destroy(hello_class);
  95. destroy_cdev:
  96. cdev_del(&(hello_dev->dev));
  98. cleanup:
  99. kfree(hello_dev);
  101. unregister:
  102. unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major,hello_minor),1);
  104. fail:
  105. returnerr;
  106. }
  108. /*模块卸载方法*/
  109. staticvoid__exithello_exit(void){
  110. dev_tdevno=MKDEV(hello_major,hello_minor);
  112. printk(KERN_ALERT"Destroyhellodevice./n");
  114. /*删除/proc/hello文件*/
  115. hello_remove_proc();
  117. /*销毁设备类别和设备*/
  118. if(hello_class){
  119. device_destroy(hello_class,MKDEV(hello_major,hello_minor));
  120. class_destroy(hello_class);
  121. }
  123. /*删除字符设备和释放设备内存*/
  124. if(hello_dev){
  125. cdev_del(&(hello_dev->dev));
  126. kfree(hello_dev);
  127. }
  129. /*释放设备号*/
  130. unregister_chrdev_region(devno,1);
  131. }
  133. MODULE_LICENSE("GPL");
  134. MODULE_DESCRIPTION("FirstAndroidDriver");
  136. module_init(hello_init);
  137. module_exit(hello_exit);

五.在hello目录中新增Kconfig和Makefile两个文件，其中Kconfig是在编译前执行配置命令make menuconfig时用到的，而Makefile是执行编译命令make是用到的：

Kconfig文件的内容

config HELLO
tristate "First Android Driver"
default n
help
This is the first android driver.
Makefile文件的内容
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
在Kconfig文件中，tristate表示编译选项HELLO支持在编译内核时，hello模块支持以模块、内建和不编译三种编译方法，默认是不编译，因此，在编译内核前，我们还需要执行make menuconfig命令来配置编译选项，使得hello可以以模块或者内建的方法进行编译。
在Makefile文件中，根据选项HELLO的值，执行不同的编译方法。
六. 修改arch/arm/Kconfig和drivers/kconfig两个文件，在menu "Device Drivers"和endmenu之间添加一行：
source "drivers/hello/Kconfig"
这样，执行make menuconfig时，就可以配置hello模块的编译选项了。.
七.修改drivers/Makefile文件，添加一行：
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/
八. 配置编译选项：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$make menuconfig
找到"Device Drivers" => "First Android Drivers"选项，设置为y。
注意，如果内核不支持动态加载模块，这里不能选择m，虽然我们在Kconfig文件中配置了HELLO选项为tristate。要支持动态加载模块选项，必须要在配置菜单中选择Enable loadable module support选项；在支持动态卸载模块选项，必须要在Enable loadable module support菜单项中，选择Module unloading选项。
九. 编译：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$make
编译成功后，就可以在hello目录下看到hello.o文件了，这时候编译出来的zImage已经包含了hello驱动。
十. 参照在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel）一文所示，运行新编译的内核文件，验证hello驱动程序是否已经正常安装：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$emulator -kernel ./kernel/common/arch/arm/boot/zImage &
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ adb shell
进入到dev目录，可以看到hello设备文件：
root@android:/ # cd dev
root@android:/dev # ls
进入到proc目录，可以看到hello文件：
root@android:/ # cd proc
root@android:/proc # ls
访问hello文件的值：
root@android:/proc # cat hello
0
root@android:/proc # echo '5' > hello
root@android:/proc # cat hello
5
进入到sys/class目录，可以看到hello目录：
root@android:/ # cd sys/class
root@android:/sys/class # ls
进入到hello目录，可以看到hello目录：
root@android:/sys/class # cd hello
root@android:/sys/class/hello # ls
进入到下一层hello目录，可以看到val文件：
root@android:/sys/class/hello # cd hello
root@android:/sys/class/hello/hello # ls
访问属性文件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，我们的hello内核驱动程序就完成了，并且验证一切正常。这里我们采用的是系统提供的方法和驱动程序进行交互，也就是通过proc文件系统和devfs文件系统的方法，下一篇文章中，我们将通过自己编译的C语言程序来访问/dev/hello文件来和hello驱动程序交互，敬请期待。

在智能手机时代，每个品牌的手机都有自己的个性特点。正是依靠这种与众不同的个性来吸引用户，营造品牌凝聚力和用户忠城度，典型的代表非iphone莫属了。据统计，截止2011年5月，AppStore的应用软件数量达381062个，位居第一，而Android Market的应用软件数量达294738，紧随AppStore后面，并有望在8月份越过AppStore。随着Android系统逐步扩大市场占有率，终端设备的多样性亟需更多的移动开发人员的参与。据业内统计，Android研发人才缺口至少30万。目前，对Android人才需求一类是偏向硬件驱动的Android人才需求，一类是偏向软件应用的Android人才需求。总的来说，对有志于从事Android硬件驱动的开发工程师来说，现在是一个大展拳脚的机会。那么，就让我们一起来看看如何为Android系统编写内核驱动程序吧。

这里，我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序。为了方便描述为Android系统编写内核驱动程序的过程，我们使用一个虚拟的硬件设备，这个设备只有一个4字节的寄存器，它可读可写。想起我们第一次学习程序语言时，都喜欢用“Hello, World”作为例子，这里，我们就把这个虚拟的设备命名为“hello”，而这个内核驱动程序也命名为hello驱动程序。其实，Android内核驱动程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的，都是以Linux模块的形式实现的，具体可参考前面Android学习启动篇一文中提到的Linux Device Drivers一书。不过，这里我们还是从Android系统的角度来描述Android内核驱动程序的编写和编译过程。

一. 参照前面两篇文章在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码和在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel）准备好Android内核驱动程序开发环境。

二. 进入到kernel/common/drivers目录，新建hello目录：

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

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

三. 在hello目录中增加hello.h文件：

view plain
  1. #ifndef_HELLO_ANDROID_H_
  2. #define_HELLO_ANDROID_H_
  4. #include<linux/cdev.h>
  5. #include<linux/semaphore.h>
  7. #defineHELLO_DEVICE_NODE_NAME"hello"
  8. #defineHELLO_DEVICE_FILE_NAME"hello"
  9. #defineHELLO_DEVICE_PROC_NAME"hello"
  10. #defineHELLO_DEVICE_CLASS_NAME"hello"
  12. structhello_android_dev{
  13. intval;
  14. structsemaphoresem;
  15. structcdevdev;
  16. };
  18. #endif

这个头文件定义了一些字符串常量宏，在后面我们要用到。此外，还定义了一个字符设备结构体hello_android_dev，这个就是我们虚拟的硬件设备了，val成员变量就代表设备里面的寄存器，它的类型为int，sem成员变量是一个信号量，是用同步访问寄存器val的，dev成员变量是一个内嵌的字符设备，这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。

四.在hello目录中增加hello.c文件，这是驱动程序的实现部分。驱动程序的功能主要是向上层提供访问设备的寄存器的值，包括读和写。这里，提供了三种访问设备寄存器的方法，一是通过proc文件系统来访问，二是通过传统的设备文件的方法来访问，三是通过devfs文件系统来访问。下面分段描述该驱动程序的实现。

首先是包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法：

view plain
  1. #include<linux/init.h>
  2. #include<linux/module.h>
  3. #include<linux/types.h>
  4. #include<linux/fs.h>
  5. #include<linux/proc_fs.h>
  6. #include<linux/device.h>
  7. #include<asm/uaccess.h>
  9. #include"hello.h"
  11. /*主设备和从设备号变量*/
  12. staticinthello_major=0;
  13. staticinthello_minor=0;
  15. /*设备类别和设备变量*/
  16. staticstructclass*hello_class=NULL;
  17. staticstructhello_android_dev*hello_dev=NULL;
  19. /*传统的设备文件操作方法*/
  20. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp);
  21. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp);
  22. staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
  23. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
  25. /*设备文件操作方法表*/
  26. staticstructfile_operationshello_fops={
  27. .owner=THIS_MODULE,
  28. .open=hello_open,
  29. .release=hello_release,
  30. .read=hello_read,
  31. .write=hello_write,
  32. };
  34. /*访问设置属性方法*/
  35. staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf);
  36. staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount);
  38. /*定义设备属性*/
  39. staticDEVICE_ATTR(val,S_IRUGO|S_IWUSR,hello_val_show,hello_val_store);

定义传统的设备文件访问方法，主要是定义hello_open、hello_release、hello_read和hello_write这四个打开、释放、读和写设备文件的方法：

view plain
  1. /*打开设备方法*/
  2. staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp){
  3. structhello_android_dev*dev;
  5. /*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中，以便访问设备时拿来用*/
  6. dev=container_of(inode->i_cdev,structhello_android_dev,dev);
  7. filp->private_data=dev;
  9. return0;
  10. }
  12. /*设备文件释放时调用，空实现*/
  13. staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp){
  14. return0;
  15. }
  17. /*读取设备的寄存器val的值*/
  18. staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
  19. ssize_terr=0;
  20. structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
  22. /*同步访问*/
  23. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  24. return-ERESTARTSYS;
  25. }
  27. if(count<sizeof(dev->val)){
  28. gotoout;
  29. }
  31. /*将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区*/
  32. if(copy_to_user(buf,&(dev->val),sizeof(dev->val))){
  33. err=-EFAULT;
  34. gotoout;
  35. }
  37. err=sizeof(dev->val);
  39. out:
  40. up(&(dev->sem));
  41. returnerr;
  42. }
  44. /*写设备的寄存器值val*/
  45. staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
  46. structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
  47. ssize_terr=0;
  49. /*同步访问*/
  50. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  51. return-ERESTARTSYS;
  52. }
  54. if(count!=sizeof(dev->val)){
  55. gotoout;
  56. }
  58. /*将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器去*/
  59. if(copy_from_user(&(dev->val),buf,count)){
  60. err=-EFAULT;
  61. gotoout;
  62. }
  64. err=sizeof(dev->val);
  66. out:
  67. up(&(dev->sem));
  68. returnerr;
  69. }

定义通过devfs文件系统访问方法，这里把设备的寄存器val看成是设备的一个属性，通过读写这个属性来对设备进行访问，主要是实现hello_val_show和hello_val_store两个方法，同时定义了两个内部使用的访问val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val：

view plain
  1. /*读取寄存器val的值到缓冲区buf中，内部使用*/
  2. staticssize_t__hello_get_val(structhello_android_dev*dev,char*buf){
  3. intval=0;
  5. /*同步访问*/
  6. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  7. return-ERESTARTSYS;
  8. }
  10. val=dev->val;
  11. up(&(dev->sem));
  13. returnsnprintf(buf,PAGE_SIZE,"%d/n",val);
  14. }
  16. /*把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中去，内部使用*/
  17. staticssize_t__hello_set_val(structhello_android_dev*dev,constchar*buf,size_tcount){
  18. intval=0;
  20. /*将字符串转换成数字*/
  21. val=simple_strtol(buf,NULL,10);
  23. /*同步访问*/
  24. if(down_interruptible(&(dev->sem))){
  25. return-ERESTARTSYS;
  26. }
  28. dev->val=val;
  29. up(&(dev->sem));
  31. returncount;
  32. }
  34. /*读取设备属性val*/
  35. staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf){
  36. structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
  38. return__hello_get_val(hdev,buf);
  39. }
  41. /*写设备属性val*/
  42. staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount){
  43. structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
  45. return__hello_set_val(hdev,buf,count);
  46. }

定义通过proc文件系统访问方法，主要实现了hello_proc_read和hello_proc_write两个方法，同时定义了在proc文件系统创建和删除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc：

view plain
  1. /*读取设备寄存器val的值，保存在page缓冲区中*/
  2. staticssize_thello_proc_read(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data){
  3. if(off>0){
  4. *eof=1;
  5. return0;
  6. }
  8. return__hello_get_val(hello_dev,page);
  9. }
  11. /*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/
  12. staticssize_thello_proc_write(structfile*filp,constchar__user*buff,unsignedlonglen,void*data){
  13. interr=0;
  14. char*page=NULL;
  16. if(len>PAGE_SIZE){
  17. printk(KERN_ALERT"Thebuffistoolarge:%lu./n",len);
  18. return-EFAULT;
  19. }
  21. page=(char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
  22. if(!page){
  23. printk(KERN_ALERT"Failedtoallocpage./n");
  24. return-ENOMEM;
  25. }
  27. /*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区中去*/
  28. if(copy_from_user(page,buff,len)){
  29. printk(KERN_ALERT"Failedtocopybufffromuser./n");
  30. err=-EFAULT;
  31. gotoout;
  32. }
  34. err=__hello_set_val(hello_dev,page,len);
  36. out:
  37. free_page((unsignedlong)page);
  38. returnerr;
  39. }
  41. /*创建/proc/hello文件*/
  42. staticvoidhello_create_proc(void){
  43. structproc_dir_entry*entry;
  45. entry=create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,0,NULL);
  46. if(entry){
  47. entry->owner=THIS_MODULE;
  48. entry->read_proc=hello_proc_read;
  49. entry->write_proc=hello_proc_write;
  50. }
  51. }
  53. /*删除/proc/hello文件*/
  54. staticvoidhello_remove_proc(void){
  55. remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,NULL);
  56. }

最后，定义模块加载和卸载方法，这里只要是执行设备注册和初始化操作：

view plain
  1. /*初始化设备*/
  2. staticint__hello_setup_dev(structhello_android_dev*dev){
  3. interr;
  4. dev_tdevno=MKDEV(hello_major,hello_minor);
  6. memset(dev,0,sizeof(structhello_android_dev));
  8. cdev_init(&(dev->dev),&hello_fops);
  9. dev->dev.owner=THIS_MODULE;
  10. dev->dev.ops=&hello_fops;
  12. /*注册字符设备*/
  13. err=cdev_add(&(dev->dev),devno,1);
  14. if(err){
  15. returnerr;
  16. }
  18. /*初始化信号量和寄存器val的值*/
  19. init_MUTEX(&(dev->sem));
  20. dev->val=0;
  22. return0;
  23. }
  25. /*模块加载方法*/
  26. staticint__inithello_init(void){
  27. interr=-1;
  28. dev_tdev=0;
  29. structdevice*temp=NULL;
  31. printk(KERN_ALERT"Initializinghellodevice./n");
  33. /*动态分配主设备和从设备号*/
  34. err=alloc_chrdev_region(&dev,0,1,HELLO_DEVICE_NODE_NAME);
  35. if(err<0){
  36. printk(KERN_ALERT"Failedtoallocchardevregion./n");
  37. gotofail;
  38. }
  40. hello_major=MAJOR(dev);
  41. hello_minor=MINOR(dev);
  43. /*分配helo设备结构体变量*/
  44. hello_dev=kmalloc(sizeof(structhello_android_dev),GFP_KERNEL);
  45. if(!hello_dev){
  46. err=-ENOMEM;
  47. printk(KERN_ALERT"Failedtoallochello_dev./n");
  48. gotounregister;
  49. }
  51. /*初始化设备*/
  52. err=__hello_setup_dev(hello_dev);
  53. if(err){
  54. printk(KERN_ALERT"Failedtosetupdev:%d./n",err);
  55. gotocleanup;
  56. }
  58. /*在/sys/class/目录下创建设备类别目录hello*/
  59. hello_class=class_create(THIS_MODULE,HELLO_DEVICE_CLASS_NAME);
  60. if(IS_ERR(hello_class)){
  61. err=PTR_ERR(hello_class);
  62. printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehelloclass./n");
  63. gotodestroy_cdev;
  64. }
  66. /*在/dev/目录和/sys/class/hello目录下分别创建设备文件hello*/
  67. temp=device_create(hello_class,NULL,dev,"%s",HELLO_DEVICE_FILE_NAME);
  68. if(IS_ERR(temp)){
  69. err=PTR_ERR(temp);
  70. printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehellodevice.");
  71. gotodestroy_class;
  72. }
  74. /*在/sys/class/hello/hello目录下创建属性文件val*/
  75. err=device_create_file(temp,&dev_attr_val);
  76. if(err<0){
  77. printk(KERN_ALERT"Failedtocreateattributeval.");
  78. gotodestroy_device;
  79. }
  81. dev_set_drvdata(temp,hello_dev);
  83. /*创建/proc/hello文件*/
  84. hello_create_proc();
  86. printk(KERN_ALERT"Succeddedtoinitializehellodevice./n");
  87. return0;
  89. destroy_device:
  90. device_destroy(hello_class,dev);
  92. destroy_class:
  93. class_destroy(hello_class);
  95. destroy_cdev:
  96. cdev_del(&(hello_dev->dev));
  98. cleanup:
  99. kfree(hello_dev);
  101. unregister:
  102. unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major,hello_minor),1);
  104. fail:
  105. returnerr;
  106. }
  108. /*模块卸载方法*/
  109. staticvoid__exithello_exit(void){
  110. dev_tdevno=MKDEV(hello_major,hello_minor);
  112. printk(KERN_ALERT"Destroyhellodevice./n");
  114. /*删除/proc/hello文件*/
  115. hello_remove_proc();
  117. /*销毁设备类别和设备*/
  118. if(hello_class){
  119. device_destroy(hello_class,MKDEV(hello_major,hello_minor));
  120. class_destroy(hello_class);
  121. }
  123. /*删除字符设备和释放设备内存*/
  124. if(hello_dev){
  125. cdev_del(&(hello_dev->dev));
  126. kfree(hello_dev);
  127. }
  129. /*释放设备号*/
  130. unregister_chrdev_region(devno,1);
  131. }
  133. MODULE_LICENSE("GPL");
  134. MODULE_DESCRIPTION("FirstAndroidDriver");
  136. module_init(hello_init);
  137. module_exit(hello_exit);

五.在hello目录中新增Kconfig和Makefile两个文件，其中Kconfig是在编译前执行配置命令make menuconfig时用到的，而Makefile是执行编译命令make是用到的：

Kconfig文件的内容

config HELLO
tristate "First Android Driver"
default n
help
This is the first android driver.
Makefile文件的内容
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
在Kconfig文件中，tristate表示编译选项HELLO支持在编译内核时，hello模块支持以模块、内建和不编译三种编译方法，默认是不编译，因此，在编译内核前，我们还需要执行make menuconfig命令来配置编译选项，使得hello可以以模块或者内建的方法进行编译。
在Makefile文件中，根据选项HELLO的值，执行不同的编译方法。
六. 修改arch/arm/Kconfig和drivers/kconfig两个文件，在menu "Device Drivers"和endmenu之间添加一行：
source "drivers/hello/Kconfig"
这样，执行make menuconfig时，就可以配置hello模块的编译选项了。.
七.修改drivers/Makefile文件，添加一行：
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/
八. 配置编译选项：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$make menuconfig
找到"Device Drivers" => "First Android Drivers"选项，设置为y。
注意，如果内核不支持动态加载模块，这里不能选择m，虽然我们在Kconfig文件中配置了HELLO选项为tristate。要支持动态加载模块选项，必须要在配置菜单中选择Enable loadable module support选项；在支持动态卸载模块选项，必须要在Enable loadable module support菜单项中，选择Module unloading选项。
九. 编译：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$make
编译成功后，就可以在hello目录下看到hello.o文件了，这时候编译出来的zImage已经包含了hello驱动。
十. 参照在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码（Linux Kernel）一文所示，运行新编译的内核文件，验证hello驱动程序是否已经正常安装：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$emulator -kernel ./kernel/common/arch/arm/boot/zImage &
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ adb shell
进入到dev目录，可以看到hello设备文件：
root@android:/ # cd dev
root@android:/dev # ls
进入到proc目录，可以看到hello文件：
root@android:/ # cd proc
root@android:/proc # ls
访问hello文件的值：
root@android:/proc # cat hello
0
root@android:/proc # echo '5' > hello
root@android:/proc # cat hello
5
进入到sys/class目录，可以看到hello目录：
root@android:/ # cd sys/class
root@android:/sys/class # ls
进入到hello目录，可以看到hello目录：
root@android:/sys/class # cd hello
root@android:/sys/class/hello # ls
进入到下一层hello目录，可以看到val文件：
root@android:/sys/class/hello # cd hello
root@android:/sys/class/hello/hello # ls
访问属性文件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，我们的hello内核驱动程序就完成了，并且验证一切正常。这里我们采用的是系统提供的方法和驱动程序进行交互，也就是通过proc文件系统和devfs文件系统的方法，下一篇文章中，我们将通过自己编译的C语言程序来访问/dev/hello文件来和hello驱动程序交互，敬请期待。
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