2017-2018-1 20155338 实验四 外设驱动程序设计

任务一：

实验要求：

1）学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章

2）提交康奈尔笔记的照片

完成情况：

任务二：

实验要求：

1）在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验

2）提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）

完成情况：

驱动程序源代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev" 
#define BUFF_SZ 1024
/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;
/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
int len;
if (count < 0 )
{
    return -EINVAL;
}
len = strlen(data);
count = (len > count)?count:len;
if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/ {
    return -EFAULT;
}
return count;
}
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,size_t count, loff_t *f_pos)
{
if(count < 0)
{
    return -EINVAL;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/ {
    return -EFAULT;
}
return count;
}
/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file) {
printk("This is open operation\n"); /* 分配并初始化缓冲区*/
data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
if (!data){
    return -ENOMEM;
}
memset(data, 0, BUFF_SZ);
return 0;
}
/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file) {
printk("This is release operation\n");
if (data)
{
  kfree(data); /* 释放缓冲区*/
  data = NULL; /* 防止出现野指针 */ }
return 0;
}

/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,struct file_operations *fops)
{
int err, devno = MKDEV(major, minor); 
cdev_init(dev, fops);
dev->owner = THIS_MODULE;
dev->ops = fops;
err = cdev_add (dev, devno, 1);
if (err)
{
    printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
}
}


/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */
static struct file_operations test_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = test_read,
.write = test_write,
.open = test_open,
.release = test_release,
};


/*模块注册入口*/
int init_module(void) {
int result;
dev_t dev = MKDEV(major, 0);
if (major)
      {/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用 cat /proc/devices 来查看 */
          result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME); }
else {
    result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME); }
if (result < 0)
{
    printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
    return result;
}
test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops); 
printk("The major of the test device is %d\n", major); 
return 0;
}


/*卸载模块*/
void cleanup_module(void) {
cdev_del(&test_dev);
unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
printk("Test device uninstalled\n");
}

Makefile文件、编译代码

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
obj-m := test_drv.o
endif

加载模块：

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"    
# 设备名称。在/proc/devices中出现
device="test_dev"    
# 设备文件的属性
mode="664"            
group="david"        
 
# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device} 
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到创建设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

卸载模块：

#!/bin/sh
module="test_drv"    
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define     TEST_DEVICE_FILENAME        "/dev/test_dev"        /* 设备文件名*/
#define        BUFF_SZ                        1024                /* 缓冲大小 */
 
int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ];        /*缓冲区*/
    /* 打开设备文件 */
    fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
        
    do
    {
        printf("Input some words to kernel(enter ‘quit‘ to exit):");
        memset(buff, 0, BUFF_SZ);
        if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
        {
            perror("fgets");
            break;
        }
        buff[strlen(buff) - 1] = ‘\0‘;
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 从设备读取数据 */
        {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
        }
    } while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

完成截图：

实验中遇到的问题：

在编译test_drv的时候出现如下命令错误：

insmod: error inserting ‘./test_drv.ko‘: -1 Invalid module format

解决问题：

因为内核无法加载模块的原因是记载版本号的字符串和当前正在运行的内核模块的不一样，当前运行的内核与模块的内核不一致，所以将makefile的路径修改成当前模块的build即可。