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 2022-05-29T20:03:54.837594    |      实用技巧    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     69 views
对于搞嵌入式底层开发的工程师来说,经常会涉及到查看芯片手册,比如某个芯片的串口控制器的寄存器值,需要知道这个值对应寄存器的哪些位,微软计算器的程序员模式虽然可以查看,但是对每一位并没有直观的展示。因此就需要一个软件直观的查看寄存器值与位的关系。我在网上找了一个软件进行使用,感觉还是可以,但是有些功能还是不太满意,因此自己寻思着手写一个寄存器查看器,按照自己想要的功能和布局进行编写,这个想法已经有很久了,由于各种事情,一直推迟到最近才开展,并且顺利的完成了,自己感觉写的这个寄存器查看器-RegisterMaster还是不错的。RegisterMaster的整体布局和配色有参考其他软件的界面,整个软件使用Qt实现,没有采用拖控件的方式来布局界面,纯手打C++代码来布局每一个按钮,Label,edit框等。RegisterMaster支持如下功能:1.RegisterMaster支持8位,16位,32位和64位寄存器值的查看;2.支持10进制数的有符号与无符号切换;3.支持16进制字母大小写显示切换功能;4.支持软件界面置顶功能;5.支持同时展示16进制,10进制,8进制,2进制内容;6.数值输入框使用正则表达式,避免用户输入非法值;7.支持快速查看ASCII码;RegisterMaster的整体效果如下:32位模式:64位模式:可以点击图中的每一位对应的按钮,比如图中位7对应的按钮此时为1,当点击一下位7按钮后,位7按钮将由1变为0,颜色也变化,下面的数值输入框的各个进制的值也跟随变化。当然了,我们也可以修改进制数值输入框的值,上面的位按钮的值也会跟随变化。RegisterMaster的大概介绍就这些吧,个人觉得还是比较方便了,如果软件有什么bug,或者有需要增加的功能,欢迎留言或者关注我的个人公众号留言反馈。如果你觉得RegisterMaster还可以,符合自己的使用需求,关注我的个人公众号,回复关键字'寄存器查看器'进行获取。
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 2022-01-24T20:54:25.356201    |      实用技巧    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     509 views
JLink使用的芯片:STM32F205RC为了防止公开链接被和谐,文章所需资源,请关注博主公众号,发送关键字 "jlink固件" 进行获取。1.问题描述在使用JLink v9的时候,不知道怎么回事,突然JLink v9的灯不亮了,将坏了的JLink插上电脑之后,设备管理器中也没有任何反应,连未知设备都没有。最开始以为是JLink被烧了,但细想这个仿真器也没有这么较弱啊,可能是JLink固件出了问题。于是上网查找资料,大致确认是固件出问题了,抱着试试的态度折腾一下吧,折腾不好就算了,万一折腾好了呢。2.准备过程将坏的JLink v9板子上的程序下载接口焊接上,焊接上之后,要清楚这些接口的引脚定义,我这里坏的JLink v9板子的程序下载接口的引脚定义如下:一个小插曲:我买的这个仿真器上面并没有丝印标出各个引脚的定义,问当时购买的商家,也不给我说引脚信息,没办法只好对照着STM32F205RC的引脚手册,使用万用表一个一个的找出各个引脚的定义,最终还真搞出来了。使用一个好的JLink来对坏的JLink烧写丢失的固件。需要将坏的JLink上面刚才焊接的5个接口全部连接到好的JLink对应的引脚上:注意:我这里使用好的JLink的1脚给坏的JLink的STM32F205RC芯片供电,请确保好的JLink的1脚输出3.3V,坏的JLink不需要通过USB接口供电了。3.烧写bootloader将好的JLink连接上电脑,打开J-Flash,然后点击"Other...",用J-Flash打开我提供的"jlink.jflash"文件,打开过程如下:然后点击Target -> Connect,连接上坏的JLink板子上的STM32F205RC芯片,连接上的信息如下:然后将我提供的"bootloader.bin"文件拖入到J-Flash的"Drag & Drop data file here"区域,拖进去的时候会提示起始地址,这里就保持默认值:0x8000000就可以了,点击"OK"按钮:最后烧写bootloader,点击Target -> Production Progamming,完成bootloader的烧写:4.固件修复烧写完成bootloader之后,需要给刚刚修好的JLink更新固件。最好的方法就是用刚修好的JLink连接上一个芯片(我这里连接STM32F429开发板),然后打开J-Link GDB Server连接STM32F429芯片,点击"OK"按钮:之后会弹出固件修复提示窗口,这里接着点击"OK"按钮:接着会弹出固件更新的进度窗口,由于固件更新的比较快,我这里没有截取到图片,固件更新完成之后,就连接上了STM32F429芯片:至此,JLink V9固件修复完成。
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 2021-12-26T13:50:39.242872    |      实用技巧    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     155 views
在平时使用JLink仿真器进行调试或者下载程序的时候,经常忘记JLink的引脚定义,索性我在这里记录一下,以便于以后忘记时进行参考。使用JLink的时候,有JTAG模式和SWD模式两种连接方式,自然的,这两种模式的引脚定义也有些许的差异。1.查看引脚图说明下面对JTAG模式和SWD模式引脚图的查看进行一些说明:拿着JLink仿真器,正对着20 PIN引脚的地方,槽口在上面,此时右边上面的引脚是第 1 脚,第 1 脚下面的是第 2 脚,以此类推, 具体的引脚图会在下面进行展示。2.JTAG和SWD模式引脚图JTAG模式的引脚图如下所示:SWD模式的引脚图如下所示:对于SWD模式,主要关注如下引脚:1:VCC4:GND7:SWDIO9:SWCLK15:RESET关于JTAG和SWD模式的VCC引脚,连接的是目标板的电源(3.3V),是目标板给JLink提供的参考电压。
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 2021-11-28T19:21:16.768395    |      驱动开发    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     166 views
在调试芯片的某个外设的时候,如果该外设带有FIFO,那么一般情况下都有FIFO上溢和FIFO下溢的错误标志位,用于表示驱动对外设的FIFO操作是否正确,下面就是FIFO上溢和FIFO下溢对应的概念:FIFO上溢:写满fifo后继续写则导致上溢;FIFO下溢:读空fifo后继续读则导致下溢;如果外设驱动操作外设时出现了FIFO溢出,那么还需要根据手册分析驱动对FIFO的操作是否存在不合理的地方。
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 2021-08-28T00:44:49.857842    |      内核学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     92 views
根据上一章《Linux内核与驱动学习记录-字符设备驱动程序框架》的内容,这一章编写了一个例程,作为实验进行说明,加深对字符设备驱动程序开发步骤的理解。实验代码如下:Makefile内容如下:将实验代码编译之后的chrdev_frame.ko,下载到板子。加载内核模块,执行命令:sudo insmod chrdev_frame.ko卸载内核模块,执行命令:sudo rmmod chrdev_frame
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 2021-07-31T21:24:33.581477    |      内核学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     149 views
字符设备的驱动程序开发步骤大致都是差不多的,这里绘制了一张图来形象的反应字符设备驱动程序的关键步骤:我们创建一个字符设备的时候,首先要得到一个设备号,分配设备号的途径有静态分配和动态分配;拿到设备的唯一 ID,我们需要实现 file_operation 并保存到 cdev 中,实现 cdev 的初始化;然后我们需要将我们所做的工作告诉内核,使用 cdev_add() 注册 cdev;最后我们还需要创建设备节点,以便我们后面调用 file_operation接口。注销设备时我们需释放内核中的 cdev,归还申请的设备号,删除创建的设备节点。1.字符设备的定义Linux 内核提供了两种方式来定义字符设备:第一种方式,就是我们常见的变量定义;第二种方式,是内核提供的动态分配方式,调用该函数之后,会返回一个 struct cdev 类型的指针,用于描述字符设备。第二种方式定义的字符设备,可以通过cdev_del函数来释放占用的内存。2.设备号的申请和归还2.1.设备号的静态申请register_chrdev_region 函数用于静态地为一个字符设备申请一个或多个设备编号。int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name);参数:from:dev_t 类型的变量,用于指定字符设备的起始设备号,如果要注册的设备号已经被其他的设备注册了,那么就会导致注册失败;count:指定要申请的设备号个数, count 的值不可以太大,否则会与下一个主设备号重叠;name:用于指定该设备的名称,我们可以在/proc/devices 中看到该设备。返回值:返回 0 表示申请成功,失败则返回错误码。2.2.设备号的动态申请使用 register_chrdev_region 函数时,都需要去查阅内核源码的 Documentation/devices.txt 文件,这就十分不方便。因此,内核又为我们提供了一种能够动态分配设备编号的方式: alloc_chrdev_region。调用 alloc_chrdev_region 函数,内核会自动给我们分配一个尚未使用的主设备号。我们可以通过命令“cat /proc/devices”查询内核分配的主设备号。int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name);参数:dev:指向 dev_t 类型数据的指针变量,用于存放分配到的设备编号的起始值;baseminor:次设备号的起始值,通常情况下,设置为 0;count:指定要申请的设备号个数, count 的值不可以太大,否则会与下一个主设备号重叠;name:用于指定该设备的名称,我们可以在/proc/devices 中看到该设备。返回值:返回 0 表示申请成功,失败则返回错误码。2.3.设备号的申请(静态和动态都支持)除了register_chrdev_region函数能够静态申请设备号,alloc_chrdev_region函数能够动态申请设备号之外,内核还提供了register_chrdev 函数用于分配设备号。该函数是一个内联函数,它不仅支持静态申请设备号,也支持动态申请设备号,并将主设备号返回。register_chrdev 函数原型如下:参数:major:用于指定要申请的字符设备的主设备号,等价于 register_chrdev_region 函数,当设置为 0 时,内核会自动分配一个未使用的主设备号;name:用于指定字符设备的名称;fops:用于操作该设备的函数接口指针。返回值:主设备号。我们从以上代码中可以看到,使用 register_chrdev 函数向内核申请设备号,同一类字符设备(即主设备号相同),会在内核中申请了256 个,通常情况下,我们不需要用到这么多个设备,这就造成了极大的资源浪费。因此通常情况下,并不使用该函数。2.4.设备号的归还当我们删除字符设备时候,我们需要把分配的设备编号交还给内核,对于使用 register_chrdev_region 函数以及 alloc_chrdev_region 函数分配得到的设备编号,可以使用 unregister_chrdev_region 函数将分配得到的设备号归还给内核。void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count);参数:from:指定需要注销的字符设备的设备编号起始值,我们一般将定义的 dev_t 变量作为实参;count:指定需要注销的字符设备编号的个数,该值应与申请函数的 count 值相等,通常采用宏定义进行管理。3.字符设备的初始化cdev_init()函数主要将file_operations结构体和我们的字符设备结构体相关联。void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops);参数:cdev:struct cdev 类型的指针变量,指向需要关联的字符设备结构体;fops:file_operations 类型的结构体指针变量,一般将实现操作该设备的结构体 file_operations 结构体作为实参。4.字符设备的注册和移除4.1.字符设备的注册cdev_add 函数用于向内核的 cdev_map 散列表添加一个新的字符设备。int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count);参数:p:struct cdev 类型的指针,用于指定需要添加的字符设备;dev:dev_t 类型变量,用于指定设备的起始编号;count:指定注册多少个设备。返回值:0或者错误码。4.2.字符设备的移除从内核中移除某个字符设备,则需要调用 cdev_del 函数。从系统中删除 cdev, cdev 设备将无法再打开,但任何已经打开的 cdev 将保持不变,即使在 cdev_del 返回后,它们的 fops 仍然可以调用。void cdev_del(struct cdev *p);参数:p:将已经注册的字符设备结构体的地址作为实参传递进去,就可以从内核中移除该字符设备了。5.设备节点的创建和销毁5.1.设备节点的创建可以在代码中使用device_create函数创建设备节点。参数:class:指向这个设备应该注册到的 struct 类的指针;parent:指向此新设备的父结构设备(如果有)的指针;devt:要添加的字符设备的设备号;drvdata:要添加到设备进行回调的数据;fmt:输入设备名称。返回值:成功时返回 struct device 结构体指针, 错误时返回 ERR_PTR()。5.2.设备节点的销毁可以使用device_destroy函数来删除 device_create 函数创建的设备节点。void device_destroy(struct class *class, dev_t devt);参数:class:指向注册此设备的 struct 类的指针;devt:以前注册设备时,使用的设备号。5.3.使用mknod命令创建设备节点除了使用代码创建设备节点,还可以使用 mknod 命令创建设备节点。用法: mknod 设备名 设备类型 主设备号 次设备号当类型为”p”时可不指定主设备号和次设备号,否则它们是必须指定的。如果主设备号和次设备号以”0x”或”0X”开头,它们会被视作十六进制数来解析;如果以”0”开头,则被视作八进制数;其余情况下被视作十进制数。可用的设备类型包括:b:创建 (有缓冲的) 区块特殊文件;c,u:创建 (没有缓冲的) 字符特殊文件;p:创建先进先出 (FIFO) 特殊文件。如: mkmod /dev/test c 2 0创建一个字符设备/dev/test,其主设备号为 2,次设备号为 0。当我们使用上述命令,创建了一个字符设备文件时,实际上就是创建了一个设备节点 inode 结构体,并且将该设备的设备编号记录在成员i_rdev,将成员 f_op 指针指向了 def_chr_fops 结构体。这就是 mknod 负责的工作内容。inode 上的 file_operation 并不是自己构造的 file_operation,而是字符设备通用的 def_chr_fops,那么自己构建的 file_operation 等在应用程序调用 open 函数之后,才会绑定在文件上。
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 2021-06-30T20:16:30.276882    |      内核学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     86 views
1.Linux设备分类按照读写存储数据方式,我们可以把Linux设备分为以下几种:字符设备、块设备和网络设备。字符设备: 指应用程序按字节/字符来读写数据的设备。它通常不支持随机存取数据。字符设备在实现时,大多不使用缓存器,系统直接从设备读取/写入每一个字符。块设备: 通常支持随机存取和寻址,并使用缓存器。它与字符设备不同之处就是,是否支持随机存储。字符型是流形式,逐一存储。数据的读写只能以块的倍数进行。网络设备: 是一种特殊设备,它并不存在于/dev 下面,主要用于网络数据的收发。Linux 内核中处处体现面向对象的设计思想,为了统一形形色色的设备, Linux 系统将设备分别抽象为 struct cdev, struct block_device,struct net_devce 三个对象,具体的设备都可以包含着三种对象从而继承和三种对象属性和操作,并通过各自的对象添加到相应的驱动模型中,从而进行统一的管理和操作。2.字符设备抽象Linux 内核中将字符设备抽象成一个具体的数据结构 (struct cdev), 我们可以理解为字符设备对象,cdev 记录了字符设备的相关信息(设备号、内核对象),字符设备的打开、读写、关闭等操作接口(file_operations)。在我们想要添加一个字符设备时,就是将这个对象注册到内核中,通过创建一个文件(设备节点)绑定对象的cdev,当我们对这个文件进行读写操作时,就可以通过虚拟文件系统,在内核中找到这个对象及其操作接口,从而控制设备。C 语言中没有面向对象语言的继承的语法,但是我们可以通过结构体的包含来实现继承,这种抽象提取了设备的共性,为上层提供了统一接口,使得管理和操作设备变得很容易。在硬件层,我们可以通过查看硬件的原理图、芯片的数据手册,确定底层需要配置的寄存器,这类似于裸机开发。将对底层寄存器的配置,读写操作放在文件操作接口里面,也就是实现 file_operations 结构体。其次在驱动层,我们将文件操作接口注册到内核,内核通过内部散列表来登记记录主次设备号。在文件系统层,新建一个文件绑定该文件操作接口,应用程序通过操作指定文件的文件操作接口来设置底层寄存器。3.相关概念及数据结构在 linux 中,我们使用设备编号来表示设备,主设备号区分设备类别,次设备号标识具体的设备。字符设备的cdev 结构体记录了设备号,在使用设备时,我们通常会打开设备节点,通过设备节点的 inode 结构体、 file 结构体最终找到 file_operations 结构体,并从file_operations 结构体中得到操作设备的具体方法。3.1.设备号Linux对于设备的访问是通过文件系统的名称进行的,这些名称被称为特殊文件、设备文件,或者简单称为文件系统树的节点, Linux 根目录下有/dev 这个文件夹,专门用来存放设备中的驱动程序。通过执行命令:ls -l /dev,可以查看/dev目录下每个文件的详细信息,每一行的第一个字符表示设备的类型,'c'用来标识字符设备,'b'用来标识块设备。一般来说,主设备号指向设备的驱动程序,次设备号指向某个具体的设备。如上图,I2C-0,I2C-1 属于不同设备但是共用一套驱动程序。在内核中,dev_t 用来表示设备编号,dev_t 是一个 32 位的数,其中,高 12 位表示主设备号,低 20 位表示次设备号。理论上主设备号取值范围:0~2^12-1,次设备号 0~2^20-1。实际上在内核源码中 __register_chrdev_region() 函数中,major 被限定在0~CHRDEV_MAJOR_MAX, CHRDEV_MAJOR_MAX 是一个宏,值是 512。宏定义 MAJOR 和 MINOR,可以根据设备的设备号来获取设备的主设备号和次设备号。宏定义MKDEV,用于将主设备号和次设备号合成一个设备号,主设备号可以通过查阅内核源码的 Documentation/devices.txt 文件,而次设备号通常是从编号 0 开始。内核通过一个散列表 (哈希表) 来记录设备编号。哈希表由数组和链表组成,吸收数组查找快,链表增删效率高,容易拓展等优点。以主设备号为 cdev_map 编号,使用哈希函数 f(major)=major%255 来计算组数下标 (使用哈希函数是为了链表节点尽量平均分布在各个数组元素中,提高查询效率);主设备号冲突, 则以次设备号为比较值来排序链表节点。内核用 struct cdev 结构体来描述一个字符设备,并通过 struct kobj_map 类型的散列表cdev_map 来管理当前系统中的所有字符设备。3.2.设备节点设备节点(设备文件): Linux 中设备节点是通过“mknod”命令来创建的。一个设备节点其实就是一个文件,Linux 中称为设备文件。设备节点被创建在/dev下,是连接内核与用户层的枢纽,就是设备是接到对应哪种接口的哪个 ID 上。设备节点是Linux内核对设备的抽象,一个设备节点就是一个文件。应用程序通过一组标准化的调用执行访问设备,这些调用独立于任何特定的驱动程序。而驱动程序负责将这些标准调用映射到实际硬件的特有操作。3.3.数据结构在驱动开发过程中,不可避免要涉及到三个重要的的内核数据结构分别包括文件操作方式(file_operations),文件描述结构体(struct file)以及inode 结构体。file_operation 就是把系统调用和驱动程序关联起来的关键数据结构。内核中用 file 结构体来表示每个打开的文件,每打开一个文件,内核会创建一个结构体,并将对该文件上的操作函数传递给该结构体的成员变量f_op,当文件所有实例被关闭后,内核会释放这个结构体。在file 结构体中,我们需要关心的数据成员有f_op和private_data:const struct file_operations *f_op:存放与文件操作相关的一系列函数指针,如 open、 read、 wirte 等函数。void *private_data:该指针变量只会用于设备驱动程序中,内核并不会对该成员进行操作。因此,在驱动程序中,通常用于指向描述设备的结构体。inode 结构体是 Linux 管理文件系统的最基本单位,也是文件系统连接任何子目录、文件的桥梁。内核使用 inode 结构体在内核内部表示一个文件。因此,它与表示一个已经打开的文件描述符的结构体 (即 file 文件结构) 是不同的,我们可以使用多个 file 文件结构表示同一个文件的多个文件描述符,但此时,所有的这些 file 文件结构全部都必须只能指向一个 inode 结构体。在inode 结构体中,我们需要关心的数据成员有i_rdev和i_cdev:dev_t i_rdev:表示设备文件的结点,这个域实际上包含了设备号。struct cdev *i_cdev:struct cdev 是内核的一个内部结构,它是用来表示字符设备的,当 inode 结点指向一个字符设备文件时,此域为一个指向 inode 结构的指针。
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 2021-05-23T20:27:54.231148    |      内核学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     137 views
1.内核模块传参内核模块作为一个可拓展的动态模块,为 Linux 内核提供了灵活性,但是有时我们需要根据不同的应用场景给内核模块传递不同的参数,例如在程序中开启调试模式、设置详细输出模式以及制定与具体模块相关的选项,为了满足这种需求,内核允许对内核模块指定参数,而这些参数可以在装载内核模块时改变。Linux内核提供一个宏module_param来实现模块的参数传递,module_param宏定义在include/linux/moduleparam.h文件中。module_param宏的定义形式如下:#define module_param(name, type, perm)module_param需要三个参数:name:变量的名称;type:变量的类型,目前内核支持的类型有 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:sysfs入口项的访问许可掩码,可选的值:S_IRUSR,S_IWUSR,S_IRGRP,S_IWGRP,S_IROTH,S_IXOTH,S_IRUGO,S_IWUGO(这些值可以通过或的方式进行组合,比如S_IRUSR | S_IWUSR表示用户拥有读写权限)。对于这些宏的定义可以参考文件:include/linux/stat.h。上述文件权限唯独没有关于可执行权限的设置,请注意,该文件不允许它具有可执行权限。如果强行给该参数赋予表示可执行权限的参数值 S_IXUGO,那么最终生成的内核模块在加载时会提示错误。这里列举一个简单的内核模块参数传递的例子,module_param.c文件内容:Makefile文件内容:编译module_param内核模块,将生成的module_param.ko文件通过nfs或者scp拷贝到开发板,然后在开发板中执行命令:sudo insmod module_param.ko int_type=12 bool_type=1 char_type=201 str_type="hello!"我们定义的四个模块参数,会在'/sys/module/模块名/parameters'下存在以模块参数为名的文件。由于 int_type 和 char_type 的权限是 0,所以我们没有权限查看该参数。2.符号共享符号共享是指内核模块能够使用其他内核模块导出的符号,或者内核模块将自己模块内的符号导出给其他内核模块使用。这里的符号指的是内核模块中导出的函数或者变量,在加载模块时被记录在公共内核符号表中,以供其他模块调用。这个机制,允许我们使用分层的思想解决一些复杂的模块设计。我们在编写一个驱动的时候,可以把驱动按照功能分成几个内核模块,借助符号共享去实现模块与模块之间的接口调用,变量共享。通常情况下我们无需导出任何符号,但是如果其他模块想要从我们这个模块中获取某些符号的时候,就可以考虑导出符号为其提供服务,这被称为模块层叠技术。例如 msdos 文件系统依赖于由 fat 模块导出的符号;USB 输入设备模块层叠在 usbcore 和 input 模块之上。也就是我们可以将模块分为多个层,通过简化每一层来实现复杂的项目。如果一个模块需要向其他模块导出符号,则应该使用下面的宏:符号必须在模块文件的全局部分导出,不能在函数中使用,EXPORT_SYMBOL_GPL使得导出的模块只能被 GPL 许可的模块使用。这里使用内核模块传参小节的module_param.c文件为基础进行修改,作为一个导出内核模块参数的内核模块,module_param.c文件的内容如下:module_param.h文件内容:symbol_share.c文件内容:Makefile文件内容:编译module_param内核模块和symbol_share内核模块,将生成的module_param.ko和symbol_share.ko文件通过nfs或者scp拷贝到开发板,然后在开发板中执行命令:注意,要先加载module_param内核模块,再加载symbol_share内核模块,因为symbol_share内核模块会依赖module_param内核模块导出的符号,如果先加载symbol_share内核模块,symbol_share内核模块将会加载失败。查看module_param内核模块导出的符号:
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 2021-05-09T16:28:09.912354    |      内核学习    |     AilsonJack    |     暂无评论    |     201 views
1.内核模块的概念因为Linux 操作系统采用了宏内核结构,宏内核的优点是执行效率非常高,但缺点也是十分明显的,一旦我们想要修改、增加内核某个功能时(如增加设备驱动程序)都需要重新编译一遍内核。为了解决这一缺点,Linux 中引入了内核模块这一机制。内核模块就是实现了某个功能的一段内核代码,在内核运行过程,可以加载这部分代码到内核中,从而动态地增加了内核的功能。基于这种特性,我们进行设备驱动开发时,以内核模块的形式编写设备驱动,只需要编译相关的驱动代码即可,无需对整个内核进行编译。内核模块的引入不仅提高了系统的灵活性,对于开发人员来说更是提供了极大的方便。内核模块定义:内核模块全称 Loadable Kernel Module(LKM),是一种在内核运行时加载一组目标代码来实现某个特定功能的机制。内核模块特点:(1).模块本身不被编译入内核映像,这控制了内核的大小;(2).模块一旦被加载,它就和内核中的其它部分完全一样。我们编写的内核模块,经过编译,最终形成以.ko为后缀的文件。ko 文件在数据组织形式上是 ELF(Excutable And Linking Format) 格式,是一种普通的可重定位目标文件。2.编写Hello内核模块对于程序入门学习来说,Hello World程序是经典的例子,这里我们也实现一个简单的Hello内核模块用于了解内核模块编程的基本框架。hello_module.c文件的内容如下所示:2.1.Hello内核模块代码框架分析Linux 内核模块的代码框架通常由下面几个部分组成:(1).模块加载函数 (必须):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。(2).模块卸载函数 (必须):当执行 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。(3).模块许可证声明 (必须):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。(4).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。(5).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。(6).模块的其他相关信息:可以声明模块作者等信息。2.2.内核模块头文件Hello内核模块中,使用3个头文件,下面说说这3个头文件具体提供的信息:(1).#include <linux/module.h>:包含内核模块信息声明的相关函数;(2).#include <linux/init.h>:包含了 module_init() 和 module_exit() 函数的声明;(3).#include <linux/kernel.h>: 包含内核提供的各种函数,如 printk。2.3.内核模块加载/卸载函数module_init():声明内核模块加载函数,加载内核模块的时候会调用声明的内核模块加载函数,模块加载成功,会在/sys/module下新建一个以模块名为名的目录。module_exit():声明内核模块卸载函数,卸载内核模块的时候会调用声明的内核模块卸载函数。__init 用于修饰函数, __initdata 用于修饰变量。带有 __init 的修饰符,表示将该函数放到可执行文件的 __init 节区中,该节区的内容只能用于模块的初始化阶段,初始化阶段执行完毕之后,这部分的内容就会被释放掉,真可谓是“针尖也要削点铁”。__exit 用于修饰函数,__exitdata 用于修饰变量。带有__exit的修饰符,表示将该函数放到可执行文件的__exit节区,当执行完模块卸载阶段之后,就会自动释放该区域的空间。注意:hello_module_init()函数的返回值是int,hello_module_exit()的返回值是void,并且这两个函数都使用static进行修饰,表示函数只能在本文件进行调用,不能被其他文件调用。2.4.内核打印函数-printkprintk函数的打印等级:printk函数可以指定打印等级,当不指定打印等级的时候,会使用默认的打印等级。查看当前系统 printk 打印等级: cat /proc/sys/kernel/printk,从左到右依次对应控制台日志级别、默认消息日志级别、最小的控制台日志级别、默认控制台日志级别。控制台日志级别:优先级高于该值得消息将被打印到到控制台;默认消息日志级别:将用该优先级来打印没有指定优先级的消息;最小的控制台日志级别:控制台日志级别可被设置的最小值(最高优先级);默认控制台日志级别:控制台日志级别的缺省值。以上的数值设置,数值越小,优先级越高。假设你想让hello_module_init()或者hello_module_exit()函数中,没有指定打印等级的printk的内容输出到控制台,那么你可以将"默认消息日志级别"设置为小于4,可以设置为3(只需要数值小于控制台日志级别即可),执行的命令如下:sudo sh -c "echo '4 3 1 7' > /proc/sys/kernel/printk"然后执行加载或者卸载模块,就可以看到未指定打印等级的消息输出到控制台了。查看内核所有打印信息: dmesg,注意内核 log 缓冲区大小有限制,缓冲区数据可能被覆盖掉。3.内核模块的makefile对于内核模块而言,它是属于内核的一段代码,只不过它并不在内核源码中。为此,我们在编译时需要到内核源码目录下进行编译。编译内核模块使用的 Makefile 文件,和我们前面编译 C 代码使用的 Makefile 大致相同,这得益于编译 Linux 内核所采用的 Kbuild 系统,因此在编译内核模块时,我们也需要指定环境变量 ARCH 和CROSS_COMPILE 的值。编译Hello内核模块使用的Makefile文件内容如下:在内核模块的目录中,执行make命令编译内核模块,生成hello_module.ko文件,将hello_module.ko文件通过nfs或者scp拷贝到开发板,即可加载该内核模块。4.内核模块常用命令4.1.lsmodlsmod 列出当前内核中的所有模块,格式化显示在终端,其原理就是将/proc/module 中的信息调整一下格式输出。 lsmod 输出列表有一列 Used by,它表明此模块正在被其他模块使用,显示了模块之间的依赖关系。4.2.insmod如果要将一个模块加载到内核中, insmod 是最简单的办法, insmod+模块完整路径就能达到目的,前提是你的模块不依赖其他模块,还要注意需要 sudo 权限。如果你不确定是否使用到其他模块的符号,你也可以尝试modprobe,后面会有它的详细用法。4.3.rmmodrmod 工具仅仅是将内核中运行的模块删除,只需要传给它路径就能实现。rmmod 不会卸载一个模块所依赖的模块,需要依次卸载,当然用 modprobe -r 可以一键卸载。4.4.modprobemodprobe 和 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。4.5.depmodmodprobe 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, depend 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。4.6.modinfomodinfo 用来显示内核模块一些信息。比如:modinfo hello_module.ko5.系统自动加载内核模块我们自己编写了一个模块,或者说怎样让它在板子开机自动加载呢?这里就需要用到上述的 depmod 和 modprobe 工具了。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。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。
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