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编写简单的Linux2.6内核模块(1)
来源:作者: 发布时间:2007-11-09 05:14:02

 

您的内核必须已启用这些选项进行了编译:


Loadable module support  --->

  [*] Enable loadable module support
  [*]   Module unloading
  [ ]   Module versioning support (EXPERIMENTAL)
  [*]   Automatic kernel module loading

假如按照第一篇教程中的说明编译内核,那么就已正确地配置了这些选项。否则,修改这些选项,重新编译内核,并引导到新内核。

一个简单的模块骨架

首先,找到编译当前 Linux 内核的源代码。将目录转换到 Linux 源代码目录中的 drivers/misc/。现在,拷贝下面的代码并将其粘贴到一个名为 mymodule.c 的文档:


#include 
#include 
#include 

static int __init mymodule_init(void)
{
    printk ("My module worked!\n");
    return 0;
}

static void __exit mymodule_exit(void)
{
    printk ("Unloading my module.\n");
    return;
}

module_init(mymodule_init);
module_exit(mymodule_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
保存这个文档,并在同一目录下编辑 Makefile 文档。添加这一行:


obj-m += mymodule.o
编译模块:


# make -C  SUBDIRS=$PWD modules
使用 insmod ./mymodule.ko 加载这个模块,并查看是否打印了您的消息: dmesg | tail。应该会在输出的结束处看到:


My module worked!
现在删除内核模块:rmmod mymodule。再次查看 dmesg;应该会看到:


Unloading my module.
这样您就已编写并运行了一个新的内核模块!恭喜!

模块/内核接口

现在,我们来做一些和您的模块有关的更有趣的事情。要了解的一个关键内容是,模块只能“看到”内核故意让他访问的函数和变量。首先,我们以错误的方式来进行尝试。

编辑文档 kernel/printk.c,在任何包含文档之后其他全局变量声明附近(但要在任何函数之外)添加下面一行:


int my_variable = 0;
现在重新编译内核并引导到新内核。然后,将下面的内容添加到模块的 mymodule_init 函数起始处,置于其他代码之前。


extern int my_variable;
printk ("my_variable is %d\n", my_variable);
my_variable++;
保存修改并重新编译模块:


# make -C  SUBDIRS=$PWD modules
加载模块(这将失败):insmod ./mymodule.ko。模块的加载会失败,并给出消息:


insmod: error inserting ’./mymodule.ko’: -1 Unknown symbol in module
这说明内核不允许模块访问那个变量。当模块加载时,他必须解析任何外部引用,比如函数名或变量名。假如他不能找到内核导出的符号列表中任何未解析的名称,那么模块就不能写入那个变量或调用那个函数。在内核中某个地方有为变量 my_variable 分配的空间,但模块不知道是哪里。

为解决此问题,我们将把 my_variable 添加到内核导出的符号列表中。在很多内核目录中,都有一个特定的文档,用于导出在那个目录中定义的符号。再次打开 kernel/printk.c 文档,在变量声明之后添加下面一行:


EXPORT_SYMBOL(my_variable);
重新编译并重新引导到新内核。现在再一次尝试加载模块:insmod ./mymodule.ko。这一次,当查看 dmesg 时,应该看到:


my_variable is 0
My module worked!
重新加载模块:


# rmmod mymodule && insmod ./mymodule.ko
现在应该看到:


Unloading my module.
my_variable is 1
My module worked!
每次重新加载那个模块,my_variable 都会增 1。您正在读写一个在主内核中定义的变量。只要被 EXPORT_SYMBOL() 显式地声明,模块就能够访问主内核中的任何变量。例如,函数 printk() 是在内核中定义的,并且在文档 kernel/printk.c 中被导出。

简单的可引导内核模块是用来研究内核的一个有趣的途径。例如,能够使用一个模块来打开或关闭 printk,方法是在内核中定义一个变量 do_print(他初始化为 0)。然后,让任何 printk 都依赖于“do_print”:


if (do_print) {
    printk ("Big long obnoxious message\n");
}
然后,只有当您的模块被加载时才打开他。

模块参数

引导模块时,能够向他传递参数。要使用模块参数加载模块,这样写:


insmod module.ko [param1=value param2=value ...]
为了使用这些参数的值,要在模块中声明变量来保存他们,并在任何函数之外的某个地方使用宏 MODULE_PARM(variable, type)MODULE_PARM_DESC(variable, description) 来接收他们。type 参数应该是个格式为 [min[-max]]{b,h,i,l,s} 字符串,其中 min 和 max 是数组的长度限度。假如两者都忽略了,则默认为 1。最后一个字符是类型说明符:


b       byte
h       short
i       int
l       long
s       string

能够在 MODULE_PARM_DESCdescription 域中添加任何需要的说明符。

编写使用中断的模块

现在我们将编写一个模块,其中有一个函数,当内核接收到某个 IRQ 上的一个中断时会调用他。首先,将文档 mymodule.c 拷贝到 myirqtest.c,然后删除函数的内容,只保留返回语句。在编辑器中打开 myirqtest.c,并使用“myirqtest”替换所出现的“mymodule”来修改函数名。另外删除 printk。为了能够使用中断,将下面一行:


#include 


加入到文档的顶部。

使用 cat /proc/interrupts 找出正在使用的中断。第一列显示出正在使用的中断号,第二列是机器自最后一次引导后在那个 IRQ 上发行了多少次中断,第三列是使用这个 IRQ 的设备。在这个示例中,我们将研究来自网络接口的中断,并使用两个模块参数 interfaceirq 来指明我们要使用的接口和 IRQ 行。

为了使用模块参数,要声明两个变量来存放他们,并使用 MODULE_PARMMODULE_PARM_DESC 来捕获参数。此代码应该放置在任何函数之外的某个地方:


static int irq;
static char *interface;

MODULE_PARM(interface, "s");
MODULE_PARM_DESC(interface, "A network interface");
MODULE_PARM(irq, "i");
MODULE_PARM_DESC(irq, "The IRQ of the network interface");


函数 request_irq() 将您的函数添加到选定的 IRQ 行的处理程式列表,每当接收到那个行上的一个中断时,能够使用他打印一条消息。现在,我们需要在函数 myirqtest_init 中请求网络设备的 IRQ。 request_irq 的定义如下:


int request_irq(unsigned int irq,
    void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
    unsigned long irqflags,
    const char *devname,
    void *dev_id);


irq 是中断号。我们将使用从模块参数获得的值。handler 是个指针,指向处理中断的函数。我们将使用 SA_SHIRQ 作为 irqflags 的值,表明我们的处理程式支持和其他处理程式共享 IRQ。 devname 是设备的简称,显示在 /proc/interrupts 列表中。我们将使用 interface 变量中的值,他是作为模块参数接收到的。

dev_id 参数是设备 ID。这个参数通常配置为 NULL,但是,假如需要共享 IRQ,以使得稍后那个 IRQ 被 free_irq() 释放时,正确的设备会被放开,那么他需要是 non-NULL 的。由于他是 void *,所以他能够指向任何内容,但是,通常的做法是传递驱动程式的设备结构体。在此,我们将使用一个指向 irq 变量的指针。

假如成功,request_irq() 将返回 0。

编写完代码后,myirqtest_init() 应该类似如下:


static int __init myirqtest_init(void)
{
    if (request_irq(irq, &myinterrupt, SA_SHIRQ, interface, &irq)) {
        printk(KERN_ERR "myirqtest: cannot register IRQ %d\n", irq);
        return -EIO;
    }
    printk("Request on IRQ %d succeeded\n", irq);

    return 0;
}


假如 request_irq() 没有返回 0,则是出了一些错误, IRQ 不能被注册,所以我们打印一条错误消息并返回错误代码。

现在,当卸载那个模块时,我们还需要释放那个 IRQ。此任务由 free_irq 来完成,他使用中断号和设备 ID 作为参数。中断号保存在 irq 变量中,并且我们使用指向他的指针做为设备 ID,所以需要做的就是将下面的代码添加到 myirqtest_exit() 的开头:


    free_irq(irq, &irq);
    printk("Freeing IRQ %d\n", irq);


其余要做的全部事情就是编写 myinterrupt() 处理程式函数。他的声明已间接通过 request_irq() 的参数说明了:void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *)。第一个参数是中断号,第二个参数是在 request_irq 中所使用的设备 ID,第三个参数持有一个指向某个结构体的指针,结构体中容纳的是在服务那个中断之前的处理器寄存器和状态。

假如不去查看处理器寄存器,我们就不能知道中断是来自我们的设备还是来自共享同一 IRQ 的某些其他设备。在本例中,令人满意的是,中断发生在指定的 IRQ 上。当编写真正的驱动程式时,执行对此的检查很重要,假如处理程式发现中断由另一个设备所使用,那么他应该立即返回值 IRQ_NONE,而不去处理那个中断。假如中断来自我们的设备,而且处理程式被正确调用,那么应该返回 IRQ_HANDLED。这些操作是和硬件相关的,在此不再论述。

所以,每当在指定的 IRQ 上有一个中断时,myinterrupt() 函数都会被调用。发生此事件时我们会执行打印输出,但是希望限制输出的数量,所以将像先前建议的那样去做,只打印输出前 10 个中断。

还需要从这个函数返回某些内容。由于这不是个真正的驱动程式,而只是研究中断,所以应该返回 IRQ_NONE。通过返回 IRQ_HANDLED,我们能够宣称这是设备的真正驱动程式,无需任何其他驱动程式来处理这个中断(在本例中并不是这样)。

这里是 myinterrupt() 的最终代码:


static irqreturn_t myinterrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
    static int mycount = 0;

    if (mycount < 10) {
        printk("Interrupt!\n");
        mycount++;
    }

    return IRQ_NONE;
}


这样就完成了!将下面一行:


obj-m += myirqtest.o


添加到此目录中的 Makefile,并使用下面的命令编译模块:


# make -C  SUBDIRS=$PWD modules


现在插入模块(将参数值配置为在系统中能够生效的值,见 cat /proc/interrupts):


insmod myirqtest.ko interface=eth0 irq=9


查看 dmesg 的打印输出。他应该类似如下:


Request on IRQ 9 succeeded
Interrupt!
Interrupt!
Interrupt!
Interrupt!
Interrupt!


最多有 10 行“Interrupt!”,因为我们限制打印输出的数目最多那么多。现在,卸载模块:


rmmod myirqtest


IRQ 现在应该被我们的处理程式释放了。查看 dmesg 的输出。他应该类似如下:


Freeing IRQ 9


现在就已完成了您自己的使用中断的内核模块!去研究您的新内核模块吧 ?? 模块是很有趣的!

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