Как написать свой первый Linux device driver
Здравствуйте, дорогие хабрачитатели.
Цель данной статьи — показать принцип реализации драйверов устройств в системе Linux, на примере простого символьного драйвера.
Для меня же, главной целью является подвести итог и сформировать базовые знания для написания будущих модулей ядра, а также получить опыт изложения технической литературы для публики, т.к. через полгода я буду выступать со своим дипломным проектом (да я студент).
Это моя первая статья, пожалуйста не судите строго!
Получилось слишком много букв, поэтому я принял решение разделить статью на три части:
Часть 1 — Введение, инициализация и очистка модуля ядра.
Часть 2 — Функции open, read, write и trim.
Часть 3 — Пишем Makefile и тестируем устройство.
Перед вступлением, хочу сказать, что здесь будут изложены базовые вещи, более подробная информация будет изложена во второй и последней части данной статьи.
Подготовительные работы
Спасибо Kolyuchkin за уточнения.
Символьный драйвер (Char driver) — это, драйвер, который работает с символьными устройствами.
Символьные устройства — это устройства, к которым можно обращаться как к потоку байтов.
Пример символьного устройства — /dev/ttyS0, /dev/tty1.
К вопросу про проверсию ядра:
Драйвер представляет каждое символьное устройство структурой scull_dev, а также предостовляет интерфейс cdev к ядру.
Устройство будет представлять связный список указателей, каждый из которых указывает на структуру scull_qset.
Для наглядности посмотрите на картинку.
Для регистрации устройства, нужно задать специальные номера, а именно:
MAJOR — старший номер (является уникальным в системе).
MINOR — младший номер (не является уникальным в системе).
В ядре есть механизм, который позволяет регистрировать специализированные номера вручную, но такой подход нежелателен и лучше вежливо попросить ядро динамически выделить их для нас. Пример кода будет ниже.
После того как мы определили номера для нашего устройства, мы должны установить связь между этими номерами и операциями драйвера. Это можно сделать используя структуру file_operations.
В ядре есть специальные макросы module_init/module_exit, которые указывают путь к функциям инициализации/удаления модуля. Без этих определений функции инициализации/удаления никогда не будут вызваны.
Здесь будем хранить базовую информацию об устройстве.
Последним этапом подготовительной работы будет подключение заголовочных файлов.
Краткое описание приведено ниже, но если вы хотите копнуть поглубже, то добро пожаловать на прекрасный сайт: lxr
Инициализация
Теперь давайте посмотрим на функцию инициализации устройства.
Первым делом, вызывая alloc_chrdev_region мы регистрируем диапазон символьных номеров устройств и указываем имя устройства. После вызовом MAJOR(dev) мы получаем старший номер.
Далее проверяется вернувшееся значение, если оно является кодом ошибки, то выходим из функции. Стоит отметить, что при разработке реального драйвера устройства следует всегда проверять возвращаемые значения, а также указатели на любые элементы (NULL?).
Если вернувшееся значение не является кодом ошибки, продолжаем выполнять инициализацию.
Выделяем память, делая вызов функции kmalloc и обязательно проверяем указатель на NULL.
Стоит упомянуть, что вместо вызова двух функций kmalloc и memset, можно использовать один вызов kzalloc, который выделят область памяти и инициализирует ее нулями.
Продолжаем инициализацию. Главная здесь функция — это scull_setup_cdev, о ней мы поговорим чуть ниже. MKDEV служит для хранения старший и младших номеров устройств.
Возвращаем значение или обрабатываем ошибку и удаляем устройство.
Выше были представлены структуры scull_dev и cdev, которые реализуют интерфейс между нашим устройством и ядром. Функция scull_setup_cdev выполняет инициализацию и добавление структуры в систему.
Удаление
Функция scull_cleanup_module вызывается при удалении модуля устройства из ядра.
Обратный процесс инициализации, удаляем структуры устройств, освобождаем память и удаляем выделенные ядром младшие и старшие номера.
С удовольствием выслушаю конструктивную критику и буду ждать feedback’a.
Если вы нашли ошибки или я не правильно изложил материал, пожалуйста, укажите мне на это.
Для более быстрой реакции пишите в ЛС.
Источник
Драйверы устройств для Linux, 3-е издание
Год публикации: 2005
Авторы: Джонатан Корбет, Александро Рубини, Грег Кроах-Хартман
Издательство: ORelly
Лицензия: Creative Commons Attribution-NonCommercialShareAlike
2.0
Язык: русский
Страниц: 567
ISBN: 0-596-00590-3
В отличие от других операционных систем, ядро Linux полностью доступно для анализа, и даже изменения. Книга Linux Device Drivers, Third Edition вышла еще в 2005 году, но все еще содержит актуальную и полезную информацию для разработчиков, которые хотят программировать драйверы ядра. Здесь рассмотрены базовые концепции разработки драйверов, роль драйверов, создание различных типов драйверов, как для символьных так и для блочных устройств. В книге освещены все новые возможности, которые появились в версии ядра 2.6. Эти возможности позволили улучшить производительность ядра, а также упростили код и сделали создание драйверов намного легче.
Книга «Драйверы устройств для Linux 3-е издание» распространяется под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercialShareAlike
2.0, а это значит что вы можете ее бесплатно скачивать и распространять. Доработка книги тоже возможна, но только для тех, кто купил копию в ORelly.
Источник
Linux Device Drivers, Third Edition
This book is available under the terms of the Creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 license. That means that you are free to download and redistribute it. The development of the book was made possible, however, by those who purchase a copy from O’Reilly or elsewhere.
LDD3 is current as of the 2.6.10 kernel. See the LWN 2.6 API changes page for information on subsequent changes.
LDD3 chapter files
Title page Copyright and credits Table of Contents Preface Chapter 1: An Introduction to Device Drivers Chapter 2: Building and Running Modules Chapter 3: Char Drivers Chapter 4: Debugging Techniques Chapter 5: Concurrency and Race Conditions Chapter 6: Advanced Char Driver Operations Chapter 7: Time, Delays, and Deferred Work Chapter 8: Allocating Memory Chapter 9: Communicating with Hardware Chapter 10: Interrupt Handling Chapter 11: Data Types in the Kernel Chapter 12: PCI Drivers Chapter 13: USB Drivers Chapter 14: The Linux Device Model Chapter 15: Memory Mapping and DMA Chapter 16: Block Drivers Chapter 17: Network Drivers Chapter 18: TTY Drivers Index
Downloads
Copyright © 2021, Eklektix, Inc.
Comments and public postings are copyrighted by their creators.
Linux is a registered trademark of Linus Torvalds
Источник
Download linux device drivers
Examples of Linux Device Drivers, currently for kernel 5.10.
The examples in this repo are compiled against Linux Kernel 5.10. Other versions of kernel are not tested.
Set KERNELDIR environment variable to the Linux kernel source dir, and export it in your local shell.
This environment variable is mainly used in Makefile to determine which the kernel source tree the drivers are built against.
This repo demonstrates basic examples of Linux Device Driver(LDD) for the purpose of study and sharing.
Some of examples in this repo are excepted from the book of LDD3(Linux Device Drivers, Third Edition), and the other examples are written by myself in necessary to illustrate some important data structures or details.
LDD3 is a great book, which is authored by Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, and Greg Kroah-Hartman, I give my sincerely appreciation to all these authors for their great work.
LDD3 is available online, and you may request a copy of PDF from https://lwn.net/Kernel/LDD3/. It is still an excellent book for reference for the development of Linux Driver. However, due to its old age, first published in 2005, some of the APIs and data structures have dramatically changed after it was firstly composed.
Compare to the Kernel 2.6.10, which is a base of LDD3 book, I rewrite all the examples for a brand new Kernel version 5.10, released in Decemeber 2020. Besides kernel version, hardware also evolved a lot in recently years. The parallel port, which is used as an example in I/O operations in LDD3, can be barely found in any computer now. I moved these examples to a QEMU(A generic and open source machine emulator and virtualizer) virtual machine, in which a virtual parallel port device is implemented for convenient debugging.
This is the opening of my whole project, I hope you will enjoy in the tour of reading my documents.
Linux-Device-Driver by d0u9 is licensed under a GNU General Public License, version 2.
Источник
Download linux device drivers
ldd3: Linux Device Drivers 3 examples updated to work with recent kernels
Linux Device Drivers 3 (http://lwn.net/Kernel/LDD3/) book is now a few years old and most of the example drivers do not compile in recent kernels.
This project aims to keep LDD3 example drivers up-to-date with recent kernels.
The example drivers should compile against latest Linus Torvalds kernel tree:
To compile the drivers against a specific tree (for example Linus tree):
Latest Tested Kernel Builds
The kernel builds below are the versions most recently tested/supported
- Ubuntu 18.04 kernel as of July 2020: 5.4.0-42-generic
- Ubuntu 20.04 kernel as of July 2021: 5.4.0-73-generic
- Yocto poky warrior branch kernel for qemu aarch64 builds: 5.0.19
- Yocto poky hardknott branch kernel for qemu aarch64 builds: 5.10.46
- Buildroot 2019.05 kernel for qemu builds: 4.9.16
- Buildroot 2021.02 kernel for qemu builds: 5.10
- Alpine 3.13 kernel as of May 2021: 5.10.29-lts, see here for detail.
———4 Eclipse CDT integration is provided by symlinking the correct linux source directory with the ./linux_source_cdt symlink. The .project and .cproject files were setup using instructions in this link and assuming a symlink is setup in the local project directory to point to relevant kernel headers
This can be done on a system with kernel headers installed using:
Источник
