完整教程：Linux 驱动（.ko）基本框架

Linux 驱动（.ko）基本框架

1. 核心组件

• 源代码：.c 文件（驱动实现）
• Makefile：指导编译过程
• Kbuild 系统：Linux 内核的构建系统

2. 编译流程

3. Makefile 关键要素

# 指定内核源码路径（必须）
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
# 当前模块目录
PWD := $(shell pwd)
# 模块名称（生成 my_module.ko）
obj-m := my_module.o
# 多文件驱动
my_module-objs := file1.o file2.o
all:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean

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驱动代码基本框架（字符设备示例）

1. 最小驱动结构

#include <linux/module.h>
  #include <linux/fs.h>
    #include <linux/cdev.h>
      #define DEV_NAME "my_dev"
      static int major = 0;
      static struct cdev my_cdev;
      static int my_open(struct inode *inode, struct file *file) {
      printk(KERN_INFO "Device opened\n");
      return 0;
      }
      static ssize_t my_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *fpos) {
      const char *msg = "Hello from kernel!\n";
      size_t len = strlen(msg);
      if (copy_to_user(buf, msg, min(len, count)))
      return -EFAULT;
      return min(len, count);
      }
      static struct file_operations fops = {
      .owner = THIS_MODULE,
      .open = my_open,
      .read = my_read,
      };
      static int __init my_init(void) {
      // 1. 分配设备号
      alloc_chrdev_region(&major, 0, 1, DEV_NAME);
      // 2. 初始化cdev
      cdev_init(&my_cdev, &fops);
      my_cdev.owner = THIS_MODULE;
      // 3. 添加到系统
      cdev_add(&my_cdev, MKDEV(major, 0), 1);
      printk(KERN_INFO "Driver loaded, major=%d\n", major);
      return 0;
      }
      static void __exit my_exit(void) {
      cdev_del(&my_cdev);
      unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
      printk(KERN_INFO "Driver unloaded\n");
      }
      module_init(my_init);
      module_exit(my_exit);
      MODULE_LICENSE("GPL");
      MODULE_AUTHOR("Your Name");
      MODULE_DESCRIPTION("Simple Character Driver");

2. 关键组件说明

1. 初始化和退出函数

   • module_init()：驱动加载时调用
   • module_exit()：驱动卸载时调用

2. 设备操作集

   struct file_operations {
   .owner = THIS_MODULE,
   .open = my_open,
   .read = my_read,
   .write = my_write,
   .release = my_release,
   // ... 其他操作
   };

3. 字符设备注册

   • alloc_chrdev_region()：动态申请设备号
   • cdev_init()：初始化cdev结构体
   • cdev_add()：添加设备到系统

4. 用户-内核空间交互

   • copy_to_user()：内核→用户空间
   • copy_from_user()：用户→内核空间

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编译与测试流程

1. 编译驱动

   make # 生成 my_module.ko

2. 加载驱动

   sudo insmod my_module.ko
   dmesg | tail # 查看加载日志

3. 创建设备节点

   sudo mknod /dev/my_dev c 250 0 # 250替换为dmesg中的major号

4. 测试驱动

   cat /dev/my_dev # 应输出 "Hello from kernel!"

5. 卸载驱动

   sudo rmmod my_module

关键注意事项

1. 内核API兼容性

   • 使用 #include <linux/...> 而非标准C头文件
   • 遵循内核编码规范（如函数/变量命名）

2. 并发控制

   • 使用互斥锁（mutex）或自旋锁（spinlock）

3. 错误处理

   • 所有内核函数需检查返回值
   • 确保退出时释放所有资源

4. 调试

   • printk 分级：KERN_DEBUG、KERN_ERR
   • /proc/kallsyms 查看符号表
   • strace 跟踪系统调用

完整开发建议：参考 Linux 内核文档 Documentation/driver-api/