Сборки драйверов для linux

Драйверы устройств в Linux

Часть 2: Пишем в классе наш первый драйвер для Linux

Оригинал: «Device Drivers, Part 2: Writing Your First Linux Driver in the Classroom»
Автор: Anil Kumar Pugalia
Дата публикации: December 1, 2010
Перевод: Н.Ромоданов
Дата перевода: июнь 2012 г.

В этой статье, которая является частью серии статей о драйверах устройств в Linux, речь идет о концепции динамической загрузки драйверов — сначала мы перед тем, как собирать драйвер, напишем драйвер для Linux, а затем, после сборки, загрузим его.

Светлана и Пагс добрались в свой класс с опозданием и увидели, что их профессор уже начал читать лекцию. Светлана робко попросила разрешения войти. Раздраженный профессор Гопи ответил: «Входите! Вы, друзья, опять сегодня опоздали, и по какой причине»?

Пагс поспешно ответил, что они обсуждали именно ту тему, которую сегодня изучают в классе — драйверы устройств в Linux. Пагс был более, чем счастлив, когда профессор сказал: «Хорошо! Тогда что-нибудь скажите о динамической загрузке в Linux. Если вы справитесь, то я прощу вас обоих!». Пагс знал, что один из способов сделать профессора счастливым, это — покритиковать Windows.

Он объяснил: «Как известно, при обычной установке драйверов в Windows для того, чтобы их активировать, необходимо перезагрузить систему. А если это, предположим, действительно неприемлемо в случае, если это нужно делать на сервере? Вот где выигрывает Linux. В Linux можно загружать и выгружать драйверы на лету, и это активно используется сразу после загрузки системы. Кроме того, драйвер мгновенно отключается после его выгрузки. Это называется динамической загрузкой и выгрузкой драйверов в Linux «.

Это впечатлило профессора. «Хорошо! Идите на свои места, но больше не опаздывайте». Профессор продолжил лекцию: «Теперь, когда вы уже знаете, что такое динамическая загрузка и выгрузка драйверов, я, прежде, чем мы перейдем к написанию нашего первого драйверов, покажу вам, как загружать и выгружать драйвера».

Динамическая загрузка драйверов

Эти динамически загружаемые драйвера чаще всего называют модулями, которые собираются в виде отдельных модулей с расширением .ko (объект ядра). В каждой системе Linux в корне файловой системы (/) есть стандартное место для всех предварительно собранных модулей. Они организованы аналогично древовидной структуре исходных кодов ядра и находятся в директории /lib/modules/ /kernel , где результат вывода системной команды uname -r (см.рис.1).

Рис.1: Предварительно собранные модули Linux

Чтобы динамически загружать и выгружать драйверы, воспользуйтесь следующими командами, которые находятся в директории /sbin и должны выполняться с привилегиями пользователя root:

• lsmod — список модулей, загруженных в текущий момент
• insmod — добавление / загрузка указанного файла модуля
• modprobe — добавление / загрузка модуля вместе со всеми его зависимостями
• rmmod — удаление / выгрузка модуля

Давайте в качестве примера рассмотрим соответствующие драйвера файловой системы FAT. На рис.2 показан весь процесс нашего эксперимента. Файлы с модулями будут fat.ko , vfat.ko и т.д., находящиеся в директории fat (в vfat для старых версий ядра) в /lib/modules/`uname -r`/kernel/fs . Если они представлены в сжатом формате .gz , вам нужно будет распаковать их с помощью команды gunzip , прежде чем вы сможете выполнить операцию insmod .

Рис.2: Операции с модулями Linux

Модуль vfat зависит от модуля fat , так что первым должен быть загружен модуль fat.ko . Чтобы автоматически выполнить распаковку и загрузку зависимостей, воспользуйтесь командой modprobe . Обратите внимание, что когда вы пользуетесь командой modprobe , вы не должны в имени модуля указывать расширение .ko . Команда rmmod используется для выгрузки модулей.

Наш первый драйвер для Linux

Перед тем, как написать наш первый драйвер, давайте рассмотрим некоторые понятия. Драйвер никогда не работает сам по себе. Он похож на библиотеку, загружаемую из-за функций, которые будут вызваны из работающего приложения. Он написан на языке C, но в нем отсутствует функция main() . Кроме того, он будет загружаться / компоноваться с ядром, поэтому он должен компилироваться аналогично тому, как было откомпилировано ядро, и вы можете в качестве заголовочных файлов использовать только те, что есть в исходном коде ядра, а не из стандартного директория /usr/include .

Интересный факт, касающийся ядра, это то, что оно, как мы видим даже на примере нашего первого драйвера, представляет собой объектно-ориентированную реализацию на языке C. В любом драйвере есть конструктор и деструктор. Когда модуль успешно загружается в ядро, то вызывается конструктор модуля, а дескруктор модуля вызывается, когда команде rmmod удается успешно выгрузить модуль. Это в драйвере две обычные функции, разве что они называются init и exit, соответственно, и вызываются с помощью макросов module_init() и module_exit() , которые определены в заголовков ядра module.h .

С учетом вышесказанного это полный код нашего первого драйвера; назовем его ofd.c. Обратите внимание, что отсутствует заголовок stdio.h (заголовок пользовательского пространства), вместо него мы используем аналог kernel.h (заголовок пространства ядра). Функция printk() эквивалентна функции printf() . Кроме того, для обеспечения совместимости версии модуля с ядром, в которое будет загружен модуль, добавлен заголовок version.h . С помощью макроса MODULE_* заполняется информация, относящаяся к модулю, которая будет использована как «подпись» модуля.

Сборка нашего первого драйвера

Т.к. у нас есть код на языке C, настало время его скомпилировать и создать файл модуля ofd.ko . Для этого мы используем систему сборки ядра. В приведенном ниже файле Makefile происходит обращение к системе сборки ядра из исходных кодов, а файл Makefile ядра, в свою очередь, обращается к файлу Makefile нашего нового драйвера с тем, чтобы собрать драйвер.

Чтобы собрать драйвер для Linux, у вас в системе должен быть исходный код ядра (или, по крайней мере, заголовки ядра). Предполагается, что исходный код ядра будет находиться в директории /usr/src/linux . Если в вашей системе он находится в каком-нибудь другом месте, то укажите это место в переменной KERNEL_SOURCE в файле Makefile .

Когда есть код на языке C ( ofd.c ) и готов файл Makefile , то все, что нам нужно сделать для сборки нашего первого драйвера ( ofd.ko ), это вызвать команду make .

Подведем итог

Как только у нас будет файл ofd.ko , мы в роли пользователя root или с помощью команды sudo выполним обычные действия.

Команда lsmod должна вам сообщить о том, что драйвер ofd загружен.

Пока студенты экспериментировали со своим первым модулем, прозвенел звонок, сообщивший об окончании урока. Профессор Гопи подвел итог: «В настоящий момент мы не увидели ничего, кроме того, что модуль lsmod сообщил о загрузке драйвера. Куда выводит информацию команда printk ? Найдите это самостоятельно на лабораторных занятиях и познакомьте меня с своими выводами. Также учтите, что наш первый драйвер будет шаблоном для любого драйвера, который можно написать для Linux. Написание специализированных драйверов это всего лишь вопрос о том, чем будет заполнен конструктор и деструктор драйвера. Поэтому дальнейшее изучение будет представлять собой расширение данного драйвера с целью получить драйвер с конкретными функциональными возможностями».

Источник

Процесс портирования драйверов устройств Linux

Введение

Иногда так случается, что возникает необходимость перейти на более новую версию ядра Linux и, соответственно, выполнить перенос уже существующих драйверов устройств.

Процесс переноса может занять от нескольких минут до более продолжительного промежутка времени. Зависит это не только от сложности драйвера, но и от того, с какой и на какую версию ядра вы собираетесь перейти (API имеет свойство меняться — отсюда лезут все проблемы), а также от качества реализации кода, бывает, что проще переписать, чем перенести, но об этом не будем.

К сожалению, я не могу прикрепить исходный код драйвера, но мы рассмотрим все проблемы, с которыми я и вы можете столкнуться в процессе переноса. Далее будет рассмотрен пример переноса простого драйвера c версии ядра 2.6.25 на 4.12.5, который расположен в drivers/serial/name_uart.c. Также нам очень поможет следующий ресурс 2.6.25 и 4.12.5, где можно посмотреть структуру ядра, а также исходные коды.

Постановка задачи

Постановка задачи крайне примитивна и проста — требуется перенести выше упомянутый драйвер с версии ядра 2.6.25 на 4.12.5.

Реализация

Первым делом, если вы не знакомы с драйвером который вам предстоит перенести, то я бы порекомендовал хотя бы поверхностно изучить его. Это может значительно упростить задачу. После этого можно приступать к переносу.

Наш драйвер имеет следующий путь в ядре 2.6.25: drivers/serial/name_uart.c
Теперь нам нужно найти подходящую директорию, куда можно его положить. И тут мы встречаем первую проблему — такой директории drivers/serial/ в ядре 4.12.5 нет.

Решается она очень просто: берем и кладем наш драйвер в drivers/tty/serial/name_uart.c

После этого, чтобы Linux смог включить наш драйвер в сборку, нам нужно добавить его в два файлика.

Первый файлик: drivers/tty/serial/Makefile
В него мы добавляем следующую строчку:

Второй файлик: drivers/tty/serial/Kconfig
В него мы пишем следующее:

Как только мы выполнили первые два шага, можно перейти к сборке.

Из корневой директории запускаем make menuconfig и включаем наш драйвер в сборку.
При выполнении команды открывается графический интерфейс и проблемы найти в нем наш драйвер быть не должно (поиск можно сделать следующим путем: жмем / и пишем полное или часть названия, далее enter).

Есть и иной способ — можно просто отредактировать .config файл и включить в сборку ваш драйвер там.

Далее можно попытаться собрать ядро с нашим включенным драйвером.

После того как мы попытались собрать ядро, скорее всего у нас посыпались ошибки, которые нужно решить, чтобы после выполнить успешную сборку ядра и обязательно проверить на работоспособность наш драйвер.

Ошибка, с которой столкнулся я — это устаревший интерфейс работы с proc системой, а также удаленный макрос.

Например, вызов функции irequest_irq в ядре 2.6.25 проходит успешно, НО

в ядре 4.12.5 макрос IRQF_DISABLED был удален, и поэтому драйвер не собирался.
Решение — возьмем и подставим 0 вместо IRQF_DISABLED.

Следующая ошибка заключалась в том, что в ядре версии 2.6.25 взаимодействие с proc системой происходило с помощью create_proc_entry, реализацию которой вы больше не найдете в 4.12.5.

Поэтому необходимо было немного переписать реализацию и в итоге получился следующий вариант:

Если обобщить все выше изложенное, то перенос драйвера разделяется на следующие этапы:

1. скопировать исходные коды драйвера предыдущей версии на новую версию ядра Linux;
2. добавить описание в Kconfig и в Makefile;
3. подцепить с помощью busybox в сборку ядра наш драйвер (или с помощью прямого редактирования .config файла);
4. пытаться устранить все ошибки при сборке, пока ядро не соберется.

Итак, мы рассмотрели основы того, как происходит процесс портирования драйвера устройства на более новую версию ядра Linux, а также проблемы, с которыми можно столкнуться.

В следующей статье мы напишем свой первый полноценный собственный драйвер по заданному техническому заданию для одной из новых версий ядра Linux, а также протестируем его не только с помощью стандартных утилит Linux, но и напишем свой тест для него.

Пожалуйста, если вы нашли неточности, или вам есть что добавить — напишите в ЛС или в комментарии.

Источник

Установка драйверов в Linux

В Windows мы привыкли, что перед тем, как новое оборудование будет работать, для него необходимо установить драйвера. Не важно будет ли это USB устройство, веб-камера или видеокарта. Драйвера в Windows выпускаются производителями и распространяются через интернет или на диске в комплекте с оборудованием.

В Linux, драйвера тоже необходимы, но ситуация состоит с ними немного по-другому. Здесь все свободные драйвера Linux встроены в ядро и если ваше оборудование будет работать с этой операционной системой, то, скорее всего, оно будет работать из коробки. Свободные драйвера разрабатываются производителями оборудования или же независимыми разработчиками. Также производители могут не открывать код своих драйверов, тогда они считаются проприетарными и не включаются в ядро, а доустанавливаются вручную.

Давайте рассмотрим подробнее работу с драйверами linux и Windows.

Как драйвера устройств работают в Windows

После установки Windows вам необходимо установить драйвера устройств, предоставляемые производителями — драйверы материнской платы, набора микросхем, драйверы видеокарты, звука, сети, wifi и многое другое.

Windows может немного в этом помочь и установить большинство драйверов от производителей через центр обновления Windows. При подключении устройства к компьютеру Windows вы увидите сообщение «Установка драйвера». Windows определяет производителя, ищет драйвер на серверах Microsoft и загружает его на ваш компьютер. Microsoft не пишут драйвера самостоятельно, они получают их от производителей и предоставляют вам, как только они понадобятся.

Если оборудование не работает в WIndows, то обычно вы можете найти драйвер чтобы заставить его работать. Обычно достаточно подыскать подходящий драйвер на просторах сети.

Как работают драйвера Linux

В Linux ситуация с драйверами очень сильно отличается. Большинство драйверов для вашего оборудования распространяются в виде открытого программного обеспечения и интегрированы в дистрибутив Linux. Эти драйверы linux, как правило, являются частью ядра Linux, но здесь есть исключение — драйверы видеокарты являются частью программного обеспечения Xorg, а драйверы принтера включены в набор CUPS (система печати).

Это значит, что большинство доступных для linux драйверов уже установлены на вашем компьютере, включены вместе с ядром, в виде модулей ядра или вместе с графическим сервером или сервером печати. Установка драйверов Linux почти не нужна. Драйвера в Linux разработаны, в основном, энтузиастами, но иногда их выпускают сами производители оборудования, которые вносят свой вклад в развитие ядра Linux и других проектов, например, это Intel, AMD, а также другие, более мелкие производители.

Все драйвера установлены из коробки, а значит вам не придется искать драйвера для каждого устройства в вашей системе и вручную их устанавливать. Система автоматически определит ваше оборудование и сама загрузит нужные драйвера в linux. Но здесь есть одно исключение — это проприетарные драйвера ядра linux и прошивки.

Установка проприетарных драйверов Linux

Некоторые производители не хотят открывать исходный код своих драйверов, поэтому для поддержки оборудования выпускают проприетарные драйвера в Linux с закрытым исходным кодом. Большинство дистрибутивов Linux не включают такие драйвера в свой состав, а значит они не смогут их автоматически определить и загрузить.

Чаще всего нам приходится сталкиваться с проприетарными драйверами для видеокарт, например, для NVIDIA, которые обеспечивают лучшую производительность в играх на Linux. Конечно, есть драйверы ядра Linux с открытым исходным кодом, которые заставят вашу видеокарту работать, но они не могут обеспечить достаточный уровень производительности в 3D играх. Некоторые драйвера wifi по прежнему закрыты, поэтому ваше оборудование не будет работать пока вы их не установите.

Установка драйверов в Linux зависит от вашего дистрибутива. В Ubuntu и основанных на ней дистрибутивах есть специальный инструмент — Дополнительные драйверы.

Программа определит, какие проприетраные драйверы устройств Linux можно установить и предложит скачать и установить их. В Linux Mint тоже есть инструмент менеджер драйверов, он работает аналогично инструменту в Ubuntu. Fedora — против проприетарных драйверов Linux и здесь нет никакого способа их установить. Во многих дистрибутивах проприетарные драйверы устройств linux можно найти в неофициальных репозиториях. Каждый дистрибутив решает эту проблему по-разному.

Установка прошивок в Linux

Не все могут делать драйвера с открытым кодом или проприетарные драйвера. Некоторым драйверам необходимы прошивки, чтобы правильно работать с устройствами. Например, прошивки нужны для работы некоторых модулей wifi или сетевых интерфейсов.

Чтобы установить прошивки в Linux необходимо скачать и установить пакет linux-firmware, это можно сделать с помощью следующей команды в Ubuntu:

sudo apt install linux-firmware

А в RPM дистрибутивах:

sudo yum install linux-firmware

Также возможно придется установить другие прошивки. Чтобы посмотреть подробнее, что нужно, и как установить, посмотрите лог ядра dmesg.

Как установить драйверы для принтера в Linux

Возможно, вам понадобится поставить драйвера linux для принтера. Однако при использовании инструмента для конфигурации принтеров — CUPS вы можете выбрать нужный драйвер из баз данных. Как правило, программа определяет производителя вашего принтера, а в списке вы можете выбрать точную модель принтера.

Вы также можете попытаться определить принтер по описанию PostScript или PPD файла. Эти файлы часто входят в состав драйвера принтера для Windows и вы можете найти PPD файл, который сделает работу вашего принтера лучше. Файл PPD можно выбрать в процессе работы CUPS.

Принтер может стать головной болью в Linux и многие из них могут не работать должным образом или даже вообще не работать. Так что при выборе принтера лучше сразу смотреть только те, которые точно будут работать с Linux.

Как заставить работать другое программное обеспечение

Иногда вам может понадобиться поставить драйвера linux для другого оборудования, которые не предоставляются автоматически. Например, NVIDIA предоставляет собственный инсталлятор для своего драйвера. Но тем не менее лучше использовать драйвера упакованные для вашего дистрибутива, они будут работать лучше.

В общем, если в Linux что-то не работает из коробки, и если оно все еще не работает после установки драйвера или прошивки, то, скорее всего, оно уже не будет работать вообще. Если вы используете старую версию Linux, может помочь обновление до самой новой версии. Это обеспечит лучшую аппаратную поддержку и обновления. Но если что-то все еще не работает, то , скорее всего, оно уже работать не будет.

Найти подробную информацию, как настроить работу того или иного оборудования в вашем дистрибутиве можно на различных форумах. Обычно, если у вас не очень новое устройство, другие пользователи уже сталкивались с этими проблемами, но они их уже решили, и вы можете найти эти ответы.

Выводы

Вы не должны возиться с драйверами слишком много. Драйвера в Linux с открытым исходным кодом и они интегрированы в ядро. В большинстве случаев вам не нужно устанавливать их или изменять, система автоматически определит оборудование и загрузит автоматические драйверы. Когда вы установили Linux, ваше оборудование должно работать либо сразу, либо после установки нескольких проприетарных драйверов.

Вы можете устанавливать и драйвера linux, размещенные на официальных сайтах производителей, но проприетарные драйвера могут работать не настолько хорошо, как подготовленные для вашей системы.

Источник