2018-2019-1 20165223-20165218 实验四 外设驱动程序设计

实验成员：20165223 20165218

实验名称：外设驱动程序设计

目录

一、实验目的

二、实验内容

三、实验总结

一、实验目的

（1）学习并掌握康奈尔笔记法，能有效提高自学的效率

（2）自主学习嵌入式Linux设备驱动开发课程，熟悉环境并掌握以下内容

  • Linux设备驱动的基本概念
  • Linux设备驱动程序的基本功能
  • Linux设备驱动的运作过程
  • 常见设备驱动接口函数
  • 掌握LCD设备驱动程序编写步骤
  • 掌握键盘设备驱动程序编写步骤

（3）完成教材最后的test实验

二、实验内容

任务一：用康奈尔笔记法学习嵌入式Linux设备驱动开发课程

（一）实验要求

1．学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章
2．提交康奈尔笔记的照片（可以多张）
3．参考资料：hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf

（二）康奈尔截图

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任务二：在Ubuntu中动手完成教程中的test实验

（一）实验要求

1．在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test实验
2．提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）
3．参考资料：hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf

（二）实验步骤

（1）test实验的目的与内容

  • 实验目的
      该实验是编写最简单的字符驱动程序，这里的设备也就是一段内存，实现简单的读写功能，并列出常用格式的Makefile 以及驱动的加载和加载脚本。读者可以熟悉字符设备驱动的整个编写流程。

  • 实验内容
      该实验要求实现对虚拟设备（一段内存）的打开、关闭、读写的操作，并要通过编写测试程序来测试虚拟设备及其驱动运行是否正常。

（2）编写实验代码

1. 编写源代码

  • 驱动程序的源代码
//test_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev"
#define BUFF_SZ 1024
/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;
/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,
char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
	int len;
	if (count < 0 )
	{
		return -EINVAL;
	}
	len = strlen(data);
	count = (len > count)?count:len;
	if (copy_to_user(buf, data, count))
	{
		return -EFAULT;
	}
	return count;
}
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,
size_t count, loff_t *f_pos)
{
	if(count < 0)
	{
		return -EINVAL;
	}
	memset(data, 0, BUFF_SZ);
	count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
	if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
	{
		return -EFAULT;
	}
	return count;
}
/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	printk("This is open operation
");
	/* 分配并初始化缓冲区*/
	data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
	if (!data)
	{
		return -ENOMEM;
	}
	memset(data, 0, BUFF_SZ);
	return 0;
}
/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
	printk("This is release operation
");
	if (data)
	{
		kfree(data); /* 释放缓冲区*/
		data = NULL; /* 防止出现野指针*/
	}
	return 0;
}
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,
struct file_operations *fops)
{
	int err, devno = MKDEV(major, minor);
	cdev_init(dev, fops);
	dev->owner = THIS_MODULE;
	dev->ops = fops;
	err = cdev_add (dev, devno, 1);
	if (err)
	{
		printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
	}
}
/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */
static struct file_operations test_fops =
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = test_read,
	.write = test_write,
	.open = test_open,
	.release = test_release,
};
/*模块注册入口*/
int init_module(void)
{
	int result;
	dev_t dev = MKDEV(major, 0);
	if (major)
	{
	/* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用cat /proc/devices 来查看 */
		result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
	}
	else
	{
		result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
	}
	if (result < 0)
	{
		printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d
", major);
		return result;
	}
	test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
	printk("The major of the test device is %d
", major);
	return 0;
}
/*卸载模块*/
void cleanup_module(void)
{
	cdev_del(&test_dev);
	unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
	printk("Test device uninstalled
");
}

2. 编写编译代码

  • 虚拟设备的驱动程序
//Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
	obj-m := test_drv.o
endif
  • 加载模块脚本
//test_drv_load

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"
# 设备名称。在/proc/devices 中出现
device="test_dev"
# 设备文件的输性
mode="664"
group="david"
# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device}
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\$2=="$device" {print \$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}
  • 卸载模块脚本
//test_drv_unload

#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

3. 编写测试代码

  • 测试代码
//test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev" /* 设备文件名*/
#define BUFF_SZ 1024 /* 缓冲大小 */
int main()
{
	int fd, nwrite, nread;
	char buff[BUFF_SZ]; /*缓冲区*/
	/* 打开设备文件 */
	fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open");
		exit(1);
	}
	do
	{
		printf("Input some words to kernel:");
		memset(buff, 0, BUFF_SZ);
		if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
		{
			perror("fgets");
			break;
		}
		buff[strlen(buff) - 1] = '';
		if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
		{
			perror("write");
			break;
		}
		if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0) /* 从设备读取数据 */
		{
			perror("read");
			break;
		}
		else
		{
			printf("The read string is from kernel:%s
", buff);
		}
	}while(strncmp(buff, "quit", 4));
	close(fd);
	exit(0);
}

（3）实验过程与截图

1．首先在虚拟设备驱动源码目录下编译驱动模块

 $ su
 密码：
 $ make clean
 $ make

2．直接加载驱动模块 test_drv_load

 $ chmod +x test_drv_load
 $ ./test_drv_load

  • 此时已经产生了加载过的驱动设备 test_drv ，进入目录 /proc 可查看到
 $ cd /proc
 $ cat devices

  • 在目录 /dev 中也能查看到该设备

  • 查看一下该设备的详细信息

3．接着编译并运行测试程序 test.c

 $ gcc test.c -o test
 $ ./test

4．卸载驱动程序

 $ chmod +x test_drv_unload
 $ ./test_drv_unload

5．通过 demsg 命令查看内核打印信息

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三、实验总结

（一）遇到的问题

（1）加载模块的时候遇到权限不够的问题

  • 如图所示

  • 解决方法：用命令 chmod +x test_drv_load 增加权限

（2）make 的时候报错失败

  • 如图所示

  • 解决方法：Makefile 文件中只能使用 tab 而不能使用空格，将空格的地方全部改用 tab 就成功了

（3）加载运行驱动脚本程序的时候报错

  • 如图所示

  • 解决方法：用 su 命令切换到 root 用户，再重新加载即可

（4）加载运行驱动脚本程序的时候出现

  • 如图所示

  • 解决方法：emmmm不知道怎么解决，但可以直接继续做下去

（二）分析与总结

  • 掌握了新的记笔记方法——康奈尔笔记法，更简练，更集中，也更方便背记知识点。
  • 通过教材，自学了嵌入式Linux设备驱动程序的开发。了解了字符设备驱动程序的编写流程、相关的重要数据结构和函数、设备驱动程序的主要组成以及 proc 文件系统。
  • 还学习了块设备驱动程序的编写，主要包括块设备驱动程序的描述符和块设备驱动程序的编写流程。
  • 实践了教材最后的 test 实验，一个简单的虚拟设备驱动程序的编写与测试。
  • 实验中遇到了许多 make 编译时出现的错误，最终一一排除错误达到编译效果。

（三）参考资料

  1. hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf
  2. 娄老师-如何做笔记-康奈尔笔记法
  3. Linux下常见的编译错误及解决方法(make)
  4. Linux内核模块查看命令
  5. Linux驱动加载模块查看命令
  6. vim编辑Makefile出现missing separator

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