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
Linux Device Drivers 4th Edition
These files are related to linux device drivers 4th edition. Just preview or download the desired file.
O’Reilly Media, Inc. The Linux series designations, Linux Device Drivers, images of the American West, . fourth edition, and look for a fourth author to help.
LINUX. DEVICE. DRIVERS. THIRD EDITION. Jonathan Corbet, Alessandro. Rubini, and Greg Kroah- . fourth edition, and look for a fourth author to help.
This is, on the surface, a book about writing device drivers for the Linux system. . Much has changed with Linux since the first edition of this book came out.
The third edition of Understanding the Linux Kernel takes you on a guided tour of the most . Signals, interrupts, and the essential interfaces to device drivers . may release patched versions
The fourth edition of Running Linux delves deeper into installation, configuring the windowing . requirements imposed by hardware, advanced applications, and emerging technologies. Whether you
Jan 22, 2014 . OS Developer (device drivers, network file . Quantitative Approach, 4th edition, Sept. . Text #6: Understanding Linux Network Internals.
Apr 2, 2008 . Linux Kernel Hacking Free Course — 4th edition. Contents: . For example, one type of module is the device driver, which allows the kernel to .
Dec 1, 2006 . Linux Device Drivers . linux.oreilly.com is a complete catalog of O’Reilly’s . who wishes to track the latest Linux kernel version should use.
First Edition October 2000. ISBN: 0-596-00002-2, 702 pages. Understanding the Linux Kernel helps readers understand how Linux performs best and . We describe device drivers, which account for
S Windows Internals and Drivers. S Linux Fundamentals . and many more. . Fourth Edition. MINDSHARE, INC. . Single- Vs. Multi-Function PCI Devices .
Источник
Материалы для изучения Linux Kernel и написания модулей/драйверов
| Всё на английском! |
1) Самая лучшая книга по ядру — это исходники. Лучший сайт по исходникам ядра, я считаю
Поиск по идентификатору, например вводите struct file и вперед, смотреть как и что.
2) Начнем с русского языка. Очень хорошо описал написание дров, модулей и проччих вещей в ядре — Олег Цилюрик. Очень редко можно встретить более менее актуальный материал по ядру на русском! Очень рекомендую.
http://rus-linux.net/MyLDP/BOO. index.html
3) На opennet.ru тоже есть материал на русском, но там немного посложнее, средний уровень подготовки я считаю, но мне как новичку помогло.
4) Теперь перейдем к топовым книгам. Коротенькая, информативная, стандарт для разработчиков ядра, это конечно же Linux Device Driver, 3 издание и Adison.Wesley.Linux.Kernel.Development.3rd.Edition . По первой (LDD) я делал мноиге примеры, очень рекомендую ее. Вторая как раз по структуре ядра, идеальная прям, открываете оглавление и читаете то что интересно.
Первая книга есть в октрытом доступе, вот оффициальная ссылка.
http://lwn.net/Kernel/LDD3/
5) По написанию дров под линь, очень мало современных материалов и книг, очень прям мало. Потому что ядро развивается очень быстро, каждый день сотни коммитов, поэтому уследить трудно. Но есть еще одна хорошенькая книга. Называется Essential Linux Device Drivers.
6) Фундаментальный труд по ядру, это конечно же книга — Undestanding the linux kernel,3rd edition (почти 1000 страниц)
Рекомендую Adison.Wesley.Linux.Kernel.Development и Цирюльника, для старта самое то.
Есть еще очень хороший сайт
http://eudyptula-challenge.org/
Который высылает вам задание на почту по программированию в ядре, сложность нарастающая, начиная с hello world, заканчивая патчами в РЕАЛЬНОЕ ядро. Многие после прохождения всех заданий, реально получают работу как kernel developer\kernel hacker.[/QUOTE]
На моем гитхабе вы можете посмотреть следующие примеры (которые перекликаются с примерами из книги Linux Device Driver):
Источник
Linux Device Drivers, 4th Edition . soon
Уже вроде как собираются выпускать новое издание незаменимой классики:
Но что делать до октября, а потом еще пару месяцев пока книга физически дойдет?
Другими словами «есть че почитать по теме кодинга для кернела из более-менее не протухшего?».
И сразу сюда еще, раз уже начал писать: что курить для вливания в железяки и ембеддед, тоже лучше посвежее cast 
Eddy_Em , некромансер и кто тут еще с железяками воюет.
upd: кстати, может сделать раздел для тех. литературы?
Но что делать до октября, а потом еще пару месяцев пока книга физически дойдет?
Очевидно, читать 3е издание.
Другими словами «есть че почитать по теме кодинга для кернела из более-менее не протухшего?».
Сам одно время долго был в поисках «а что же почитать ?». Пришел к выводу, что для начала пойдет практически любая литература не 10-летней давности, дальше — сам. Книга за тебя код не напишет.
Самый лучший вариант — не писать своих модулей ядра, а делать все, что только возможно, в юзерспейсе.
нашел вот такое про ембеддед
[#] [пожаловаться] [юзер] [блок-цитата] [цитата] Сообщение удалено unt1tled по причине (0)
Ответ на: комментарий от Eddy_Em 16.03.2015 13:47:04
а как рулить железом из юзерспейса?
Ну так у тебя-то обычно железяка по какому-то порту подключается к компьютеру. Или ты планируешь PCI’ные платы изготавливать?
USB работает через libusb, модулей ведра не нужно.
Со всякими ethernet/CAN/RS232/RS485 и т.п. тоже понятно.
Одноплатник свой ты тоже вряд ли будешь разрабатывать. Да и то, стандартные ведра под ARM уже есть под большинство современных микропроцессоров. Для шустрого ногодрыга GPIO обычно хватает готовых модулей, которые через sysfs работают. Крайняк — DMA, но это уже надо права рута иметь, чтобы с /dev/mem работать, что неудобно ввиду потенциальных дыр.
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
