linux設備驅動程序——將驅動程序編譯進內核

linux設備驅動程序——將驅動程序編譯進內核

linux驅動程序——將驅動程序編譯進內核

模塊的加載

通常來說，在驅動模塊的開發階段，?般是將模塊編譯成.ko?件，再使?

sudo insmod

或者

depmod -a

modprobe module

將模塊加載到內核，相對??，modprobe要?insmod更加智能，它會檢查并?動處理模塊的依賴，?insmod出現依賴問題時僅僅是告訴你

安裝失敗，??想辦法吧。

將模塊編譯進內核

這?章節我們并不關注模塊的運?時加載，我們要討論的是將模塊編譯進內核。

在學習內核的Makefile規則的時候就可以知道，將驅動程序編譯成模塊時，只需要使?：

obj-m += module.o

指定相應的源代碼(源代碼為module.c)即可，所以很多朋友就簡單地得出結論：如果要將模塊編譯進內核，只要執?下?的的指令就可以

了：

obj-y += module.o

事實上，這樣是?不通的，要明?怎么將驅動程序編譯進內核，我們還是得先了解linux源碼的編譯規則。

關于linux源碼的編譯規則和部分細節可以查看我的另?篇博客

本篇博客的所有實驗基于平臺，開發板，內核版本為

armbeagle bone4.14.79

編譯平臺

注：在以下的討論中，?標主機和本機指加載運?驅動程序的機器，是開發的對象。?開發機指只負責編譯的機器，?般指機。

PC

本機編譯

在對驅動程序進?編譯時，?般會有兩種不同的做法：

直接在?標主機上編譯

在其他平臺上構建交叉編譯環境，?般是在PC機上編譯出可在?標板上運?的驅動程序

直接在?標主機上編譯是?較?便的做法，本機編譯本機運?。

通常，本機系統中?般不會?帶linux內核源碼的頭?件，我們需要做的就是在系統中安裝頭?件：

sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)

$(uname -r)獲取當前主機運?的linux版本號。

有了頭?件，那么源代碼從哪?來呢？答案是并不需要源代碼，或者說是并不需要C?件形式的源代碼，?是直接引?當前運?的鏡像，在

編譯時，將/boot/vmlinuz-$(version)鏡像當成庫?件進?鏈接即可。

值得注意的是，/boot/vmlinuz-$(version)是linux啟動時讀取的鏡像，但是在本機中進?驅動程序編譯的時候并不會影響到這個鏡像，換句話

說，即使是指定了obj-y，驅動程序也不會編譯到/boot/vmlinuz-$(version)鏡像中，?然達不到將驅動編譯進內核的效果。

交叉編譯

本機(?標機)編譯是?較?便的，但是?法改變?成的鏡像，當然也可以將源碼下載到本機(?標機)中進?編譯，就可以?成相應的linux鏡

像。

但是?般情況下，在嵌?式開發中，不論是?絡、內存還是執?速率，?標主機的性能?般不會太?，如果需要編譯完整的源碼時，?戶會

更傾向于在PC端構建編譯環境以獲取更好的編譯性能。

選擇在開發機上編譯?不是本機編譯時，需要注意的?點就是：通常嵌?式開發都是基于arm、mips等嵌?式架構，?PC常?X86架構，在

編譯時就不能使?開發機上的gcc編譯器，因為開發機上編譯器是針對開發平臺(X86)，??運?平臺(arm、mips)，所以需要使?交叉編譯

?具鏈，同時在編譯時指定運?的主機平臺。

指令是這樣的：

make arch=arm CROSS_COMPILE=$COMPILE_PATH/$COMPILE_TOOL

也可以在makefile中給相應的arch和CROSS_COMPILE變量賦值，直接執?make指令即可。

顯然，這種交叉編譯?式是對linux內核源碼的完整編譯，主要?成這?些?標?件：

?成linux的可啟動鏡像，通常是zImage或者vmlinuz，這是?個可boot執?的壓縮?件

伴隨著的還有鏡像對應的map?件，這個?件對應鏡像中的編譯符號以及符號的地址信息

未編譯進內核的模塊,也就是在配置時被選為M的選項

linux內核頭?件等等

在上?中有提到，?標主機中，linux的啟動鏡像放置在/boot?錄下，所以如果我們需要替換linux的鏡像，需要替換/boot?錄下的以下兩個

?件：

linux的可啟動鏡像,也就是?成的zImage或者vmlinuz

.map?件

在主機中，模塊?般被放置在/lib/modules?錄中，如果交叉編譯出的版本與本機中模塊版本不?致，將?法識別，所以編譯出的模塊也需

要替換。

驅動程序編譯進內核

根據上?，可以得出的結論是：在試圖將驅動程序編譯進內核時，我們需要編譯完整的linux內核源碼以?成相應的鏡像?件，然后將其替換

到?標主機的/boot?錄下即可。

那么，怎樣將驅動的源碼C?件編譯進內核呢？

這個問題得從makefile的執?流程說起：

make的執?

?先，如果你有基本的linux內核編譯經驗，就知道在編譯linux源碼前，需要進?config(配置)，以決定哪些部分編譯進內核、哪些部分編譯

成模塊，

通常使?make menuconfig，不同的config?式通常只是選擇界?的不同，其中稍微特殊的make oldconfig則是沿?之前的配置。

在配置完成之后將?成?個.config?件，makefile根據.config?件選擇性地進???錄中執?編譯?作。

流程基本如上所說，但是我們需要知道更多的細節：

make menuconfig執?的原理是什么？

頂層makefile是怎樣執???錄中的編譯?作的？

答案是這樣的：

make menuconfig肯定是讀取某個配置?件來陳列出所有的配置選項，遞歸地進?到??錄中，發現?乎每個??錄中都有?個名為

Kconfig的?件，這個?件負責配置驅動在配置菜單中的顯?以及配置?為，且Kconfig遵循某種語法，make menuconfig就是讀取這些

?件來顯?配置項。

遞歸地進?到每個??錄中，發現其中都有?個makefile中，可以想到，makefile遞歸地進???錄，然后通過調???錄中的

makefile來執?各級??錄的編譯，最后統?鏈接。

整個linux內核的編譯都是采??種分布式的思想，需要添加?個驅動到模塊中，我們需要做的事情就是：

1. 將驅動源?件放在內核對應?錄中，?般的驅動?件放在drivers?錄下，字符設備放在drivers/char中，塊設備就放在drivers/blok中，

?件的位置遵循這個規律，如果是單個的字符設備源?件，就直接放在drivers/char?錄下，如果內容較多?以構成?個模塊，則新建

?個?件夾。

2. 如果是新建?件夾，因為是分布式編譯，需要在?件夾下添加?個Makefile?件和Kconfig?件并修改成指定格式，如果是單個?件直

接添加，則直接修改當前?錄下的Makefile和Kconfig?件將其添加進去即可。

3. 如果是新建?件夾，需要修改上級?錄的Makefile和Kconfig，以將?件夾添加到整個源碼編譯樹中。

4. 執?make menuconfig，執?make

5. 將?成的新鏡像以及相應boot?件拷貝到?標主機中，測試。

beagle bone的啟動?件包括：vmlinuz、，編譯出的模塊?件為modules

Kconfig的語法簡述

上?中提到，在添加源碼時，?般會需要?個Kconfig?件，這樣就可以在make menuconfig時對其進?配置選擇，在對?個源?件進?描述

時，遵循相應的語法。

在這?介紹?些常?的語法選項：

source

source:相當于C語?中的include，表?包含并引?其他Kconfig?件

config

新建?個條?，?法：

source drivers/xxx/Kconfig

config TEST

bool "item name"

depends on NET

lect NET

help

just for test

config是最常?的關鍵詞了，它負責新建?個條?，對應linux中的編譯模塊，條?前帶有選項。

config TEST:

config后?跟的標識會被當成名稱寫?到.config?件中，?如：當此項被選擇為[y]，即編譯進內核時，最后會在.config?件中添加這樣?個

條?：

CONFIG_TEST=y

CONFIG_TEST變量被傳遞給makefile進?編譯?作。

bool "item name"：

其中bool表?選項?持的種類，bool表?兩種，編譯進內核或者是忽略，還有另?種選項就是tristate，它更常?，表??持三種配置選項：

編譯進內核、編譯成可加載模塊、忽略。?item name就是顯?在menu中的名稱。

depends on:

表?當前模塊需要依賴另?個選項，如果另?個選項沒有沒選擇編譯，當前條?選項不會出現在窗?中

lect

：

同樣是依賴相關的選項，表?當前選項需要另外其他選項的?持，如果選擇了當前選項，那么需要?持的那些選項就會被強制選擇編譯。

help

：

允許添加?些提?信息

menu/menuend

?法：

menu "Test option"

...

endmenu

這?對關鍵詞創建?個選項?錄,該選項?錄不能被配置，選項?錄中可以包含多個選項

menuconfig

相當于menu+config，此選項創建?個選項?錄，?且當前選項?錄可配置。

編譯?例

梳理了整個添加的流程，接下來就以?個具體的?例來進?詳細的說明。

背景如下：

?標開發板為開源平臺beagle bone，基于4.14.79內核版本，arm平臺

需要添加的源代碼為字符設備驅動，名為cdev_test.c,新建?個?錄cdev_test

字符設備驅動實現的功能：在/dev?錄下?成?個basic_demo?件，?來檢測是否成功將源代碼編譯進內核

將驅動編譯進內核

放置?錄

鑒于是字符設備，所以將源?件?錄放置在$KERNEL_ROOT/drivers/char/下?。

如果是塊設備，就會被放置在block下?，但是這并不是絕對的，類似USB為字符設備，但是獨?了?個?件出來。

放置后?標?件位置為：$KERNEL_ROOT/drivers/char/cdev_test

Kconfig?件

在$KERNEL_ROOT/drivers/char/cdev_test?錄下創建?個Kconfig?件，并修改?件如下：

menu "cdev test dir"

config CDEV_TEST

bool "cdev test support"

default n

help

just for test ,hehe

endmenu

根據上?中對Kconfig?件的語法描述，可以看出，這個Kconfig?件的作?就是：

1. 在menuconfig的菜單中，在Device Driver(對應drivers?錄) ---> Character devices(對應char?錄)菜單下創建?個名為"cdev test dir"的

菜單選項，

執?效果是這樣的

2. 在"cdev test dir"的菜單選項下創建?個"cdev test support"的條?，這個條?的選項只有兩個，[*]表?編譯進內核和[]表?不進?編譯，

默認選擇n，不進?編譯。

執?效果是這樣的

3. 選擇help可以查看相應的提?信息。

在上?中還提到，Kconfig分布式地存在于??錄下，同時需要注意的是，在編譯時，配置?具并??差別地進?每個??錄，收集所有的

Kconfig信息，?是遵循?定的規則遞歸進?。

那么，既然是新建的?錄，怎么讓編譯器知道要進?到這個??錄下呢？答案是，在上級?錄的Kconfig中包含當前路徑下的Kconfig?件。

打開char?錄下的Kconfig?件，并且在?件的靠后位置添加：

source "drivers/char/xillybus/Kconfig"

就把新的Kconfig?件包含到系統中檢索?錄中了，那么drivers/char/?是怎么被檢索到的呢？

就是在drivers的Kconfig中添加drivers/char/?錄下的Kconfig索引，以此類推。

Makefile?件

在$KERNEL_ROOT/drivers/char/cdev_test?錄下創建?個Makefile?件，并且編譯Makefile?件如下：

obj-$(CONFIG_CDEV_TEST) += cdev_test.o

表?當前??錄下Makefile的作?就是將cdev_test.c源?件編譯成cdev_test.o?標?件。

值得注意的是，這?的編譯選項中使?的是：

obj-$(CONFIG_CDEV_TEST)

??

obj-y

如果確定要將驅動程序編譯進內核永遠不變，那么可以直接寫死，使?obj-y，如果需要進?靈活的定制，還是需要選擇第?種做法。

CONFIG_CDEV_TEST是怎么被配置的呢？在上?提到的Kconfig?件編寫時，有這么??：

config CDEV_TEST

...

在Kconfig被添加到配置菜單中，且被選中編譯進內核時，就會在$KERNEL_ROOT/.config?件中添加?個變量：

CONFIG_CDEV_TEST=y

?動添加CONFIG_前綴，?名稱CDEV_TEST則是由Kconfig指定，看到這?，我想你應該明?了這是怎么回事了。

是不是這樣就已經將當前??錄添加到內核編譯樹中了呢？其實并沒有，就像Kconfig?樣，Makefile也是分布式存在于整個源碼樹中，頂層

makefile根據配置遞歸地進?到??錄中，調???錄中的Makefile進?編譯。

同樣地，需要修改drivers/char/?錄下的Makefile?件，添加??：

obj-$(CONFIG_CDEV_TEST) += cdev_test/

在編譯時，如果CONFIG_CDEV_TEST變量為y，cdev_test/Makefile就會被調?。

在make menuconfig中選中

?成配置的部分完成，就需要在menuconfig菜單中進?配置，執?：

make menuconfig

進??錄選項Device Driver --> Character devices--->cdev test dir.

然后按'y'選中模塊cdev test support

保存退出，然后執?編譯：

make

拷貝到?標主機

將vmlinuz(zImage)、拷貝到?標主機的/boot?錄下。

在編譯?成的modules拷貝到?標主機的/lib/modules?錄下。

需要注意的是：啟動?件也好，模塊也好，在?標板上很可能?件名為諸如vmlinuz-$version，會包含版本信息，需要將?件名修改成?

致，不然?法啟動。對于模塊??，就是相應模塊?法加載。

驗證

最后?步就是驗證??的驅動程序是否被編譯進內核，如果被編譯進內核，驅動程序中的module_init()程序將被系統調?，完成?些開發者

指定的操作。

這?部分的驗證操作就是各顯??了。

好了，關于linux將驅動程序編譯進內核的討論就到此為?啦，如果朋友們對于這個有什么疑問或者發現有?章中有什么錯誤，歡迎留?

原創博客，轉載請注明出處！

祝各位早?實現項?叢中過，bug不沾?.