驱动：驱动相关概念，内核模块编程，内核消息打印printk函数的使用

一、驱动相关概念

1.操作系统的功能

                向下管理硬件，向上提供接口

                操作系统向上提供的接口类型：

                内存管理：内存申请（malloc） 内存释放（free）等

                文件管理： 通过文件系统格式对文件ext2、ext3、 ext4格式进行管理

                进程管理： 进程的创建/调度/消亡

                网络管理： 通过网络栈协议，完成数据的收发

                 设备管理： 字符设备、块设备、网卡设备

 2.驱动的概念

                  2.1.定义

                       驱动是能够让硬件实现某个特定功能的软件代码，根据驱动代码是否使用了系统内核提供的接口，将驱动分为裸机驱动和系统驱动

                  2.2.裸机驱动和系统驱动

                         裸机驱动：不基于操作系统提供的接口完成驱动的编写，这种驱动比较简单，由开发者独立即可编写完成，但是实现的功能比较单一

                        系统驱动（操作系统设备驱动）：编写驱动时调用系统内核提供的接口，驱动程序会被加载到内核空间。系统驱动开发者无法独立完成，需要操作系统内核的辅助，但是基于系统驱动完成的硬件控制工作会更加完善和复杂。

3.系统驱动（操作系统设备驱动）在操作系统中的层次

        设备驱动会被加载到系统内核空间，设备驱动主要完成对硬件功能的实现，相当于拓展了系统内核设备管理的功能

4.设备驱动的类型

       设备驱动的类型时根据设备类型的不同进行划分的，一般将设备分为字符设备、块设备、和网卡设备 三类：

                字符设备：以字节流的形式进行顺序访问的设备叫做字符设备。 90%的设备为字符设备，鼠标、键盘、摄像头...

                块设备：以块为单位进行随机访问的设备叫做块设备。块设备一般是一些磁盘设备

                网卡设备：用于进行网络数据传输的设备。网卡设备没有网卡设备文件，想要读取网卡设备的数据，需要基于socket套接字实现

二、内核模块编程

1.内核模块编程的意义

           驱动属于内核的一部分，驱动资源要加载到内核中，所以要按照内核模块的编程去编写框架

 2.内核模块的三要素

           入口：主要进行资源的申请工作，安装内核模块时执行

           出口：主要进行资源的释放工作，卸载内核模块时执行

           许可证：声明当前内核模块遵循GPL协议

 3.内核模块编写实例及代码解释

#inckude 
#include 
 
//入口函数：安装内核模块时执行
static int __init mycdev_init(void)
{
    //static: 修饰当前函数只可在本文件使用
    //int：函数返回值类型，如果函数规定了返回值但是没有加返回值，编译会报错
    //mycdev_init：函数名，可以自己命名
    //void：表示函数无参数，void不可以省略
    //__init：告诉编译器当前函数保存在.init.text段  #define __init    sectoin(".init.text")
    //linux内核中有自己的链接脚本文件 vmlinux.lds，这个链接脚本文件规定了不同的内容存放在内存中的哪个位置
    
    return 0;
}
 
//出口函数：卸载内核模块时执行
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    //__exit：告诉编译器当前函数保存在.exit.text段  #define __exit    section(".exit.text")
}
 
//声明入口函数
module_init(mycdev_init);
//声明出口函数
module_exit(mycdev_exit);
//声明当前内核模块遵循GPL协议
MODULE_LICENSE("GPL");

4.内核模块的编译

        编译内核镜像：make uImage

        编译设备树：make dtbs

        模块化编译：make modules

        内核模块编译有两种方式：内部编译和外部编译

        4.1内部编译

                内部编译又称为静态编译，需要依赖于内核的源码树：

                        ① 编写内核模块

                        ② 将内核模块文件移动到内核指定路径下

                        ③ 在内核指定路径下的Makefile文件中添加编译文件

                        ④ 修改Kconfig文件，添加当前内核模块文件的菜单选项（选配项）

                        ⑤  在源码顶层目录下make menuconfig将当前文件的选配项选配为M，保存退出，此时.config被修改

                        ⑥ make modules  进行模块化编译

         4.2.外部编译

                外部编译又称为动态编译，可以在内核路径外单独编译当前模块文件，外部编译需要我们自己手写Makefile

        通用版本的Makefile

modname ?= demo  #内核模块名称，询问赋值，若无对应的外部变量，则为demo，有则为外部变量
arch ?= arm  #架构，询问赋值，若无对应的外部变量，则为arm，有则为外部变量
ifed ($(arch),arm)    #通过命令行是否有对应的外部变量来判断采用什么架构进行编译
    #KERNRLDIR保存开发板内核源码路径
    KERNRLDIR := /home/ubuntu/linux.5.10.61/
else
    #KERNRLDIR保存ubuntu内核源码路径
    KERNRIDIR :=/lib/kernel/$(shell uname -r)/bulid   #uname -r命令是查找当前操作系统使用的内核版本
endif
 
#PWD保存当前内核模块的路径
PWD := $(shell pwd)
 
all:
    #make modules是模块化编译的命令
    #-C $(KERNELDIR) 表示执行make前到$(KERNELDIR)所保存路径下，读取该目录下的Makefile文件执行make编译
    #M=$(PWD) 指定模块化编译的路径，进行模块化编译的路径是PWD保存的路径
    make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
    #编译删除
    make -C $(KERNELDIR) m=$(PWD) clean
 
#将obj-m保存的文件单独链接生成内核模块
obj-m ：= $(modname).o    #此处写.o不写.c，虽然当前目录下没有.o文件，但是Makefile有自动推导功            
                           能，会自动寻找对应.c

5.内核模板操作相关命令

        安装内核模块命令 insmod *.ko

        卸载内核模块命令 rmmod *.ko （后缀名.ko可省略）

        查看内核已经安装的内核模块 lsmod

        查看某个内核模块的信息 modinfo *.ko

三、内核消息打印函数printk函数的使用

1.printk函数的使用格式

        printk("格式控制符"，输出列表)

                这种格式消息按照默认输出级别进行输出

        或

        printk(消息级别 "格式控制符"，输出列表)

2.printk函数消息队列打印级别

        prink函数打印的内容属于内核消息。内核消息根据消息的轻重缓急给他们设置不同的消息级别。终端也会存在一个默认的消息级别，只有消息级别高于终端默认消息级别，消息才可以在终端进行输出，消息级别共分为0-7总共8级，数字越小代表消息级别越高，一般常用3-7级 

#define KERN_EMERG         KERN_SOH "0"         /* system is unusable */

#define KERN_ALERT         KERN_SOH "1"         /* action must be taken immediately */

#define KERN_CRIT         KERN_SOH "2"         /* critical conditions */

#define KERN_ERR         KERN_SOH "3"         /* error conditions */

#define KERN_WARNING         KERN_SOH "4"         /* warning conditions */

#define KERN_NOTICE         KERN_SOH "5"         /* normal but significant condition */

#define KERN_INFO         KERN_SOH "6"         /* informational */

#define KERN_DEBUG         KERN_SOH "7"         /* debug-level messages */

 3.查看消息默认级别

        消息默认级别保存在/proc/sys/kernel/printk文件

        查看cat /proc/sys/kernel/printk

        4        4        1        7

        4        终端默认消息级别

        4        printk默认的消息级别

        1        终端支持的消息最高级别

        7        终端支持的消息最低级别

代码示例

#include 
#include 
 
// 入口函数，安装内核模块时执行
static int __init mycdev_init(void)
{
    // static 修饰当前函数只能在本文件使用
    // int 函数的返回值类型，如果函数规定返回值但是没有加返回值，编译会报错
    // mycdev_init函数名，可以自己起名字
    // void表示函数无参数，当没有参数时void一定要加，不然报错
    //__init的作用是用来告诉编译器当前代码保存在.init.text段中
    // #define __init       __section(".init.text")
    // linux内核也会有自己的链接脚本  vmlinux.lds,这个链接脚本里规定了不同的内容在
    // 内存中的什么位置
    printk(KERN_ERR "hello world\n");
    int a=10;
    printk(KERN_ERR "%d\n",a);
    return 0;
}
// 出口函数，卸载内核模块时执行
static void __exit mycdev_exit(void)
{
    // #define __exit       __section(".exit.text")
    //__exit指定出口函数保存在.exit.text段中
}
// 用于声明入口函数
module_init(mycdev_init);
// 用于声明出口函数
module_exit(mycdev_exit);
// 声明当前内核模块遵循GPL协议
MODULE_LICENSE("GPL");

 5.如何修改消息默认级别

        ubuntu:

                先切换到管理员：sudo su

                再输入以下内容：echo 4 3 1 7 >  /proc/sys/kernel/printk

                注：这种修改方式ubuntn重启后，级别恢复默认设置的4 4 1 7

        开发板上linux

                进入根文件系统下的etc下的init.d文件夹：cd ~/nfs/rootfs/etc/init.d

                打开rcS脚本文件：vi   rcS

                在rcS中最后一行添加：echo 4 3 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

6.ubuntu虚拟终端的使用

        切换到虚拟终端：ctrl+alt+[f2-f6](fn)

        退出虚拟终端：ctrl+alt+f1(fn)

7.dmesg命令的使用

        dmesg：查看内核打印消息

        dmesg -c：先将保存的内核消息打印在终端再清除

        dmesg -C：直接清除