2在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序.docx
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2在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序
-在Ubuntu上为Android系统编写Linux内核驱动程序
一、引言
在智能手机时代,每个品牌的手机都有自己的个性特点。
正是依靠这种与众不同的个性来吸引用户,营造品牌凝聚力和用户忠城度,典型的代表非iphone莫属了。
据统计,截止2011年5月,AppStore的应用软件数量达381062个,位居第一,而AndroidMarket的应用软件数量达294738,紧随AppStore后面,并有望在8月份越过AppStore。
随着Android系统逐步扩大市场占有率,终端设备的多样性亟需更多的移动开发人员的参与。
据业内统计,Android研发人才缺口至少30万。
目前,对Android人才需求一类是偏向硬件驱动的Android人才需求,一类是偏向软件应用的Android人才需求。
总的来说,对有志于从事Android硬件驱动的开发工程师来说,现在是一个大展拳脚的机会。
那么,就让我们一起来看看如何为Android系统编写内核驱动程序吧。
这里,我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序。
为了方便描述为Android系统编写内核驱动程序的过程,我们使用一个虚拟的硬件设备,这个设备只有一个4字节的寄存器,它可读可写。
想起我们第一次学习程序语言时,都喜欢用“Hello,World”作为例子,这里,我们就把这个虚拟的设备命名为“hello”,而这个内核驱动程序也命名为hello驱动程序。
其实,Android内核驱动程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的,都是以Linux模块的形式实现的,具体可参考前面Android学习启动篇一文中提到的LinuxDeviceDrivers一书。
不过,这里我们还是从Android系统的角度来描述Android内核驱动程序的编写和编译过程。
参照这两篇文章在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新源代码和在Ubuntu上下载、编译和安装Android最新内核源代码(LinuxKernel)准备好Android内核驱动程序开发环境。
二.进入到kernel/common/drivers目录,新建hello目录:
linuxidc@:
~/Android$cdkernel/common/drivers
linuxidc@:
~/Android/kernel/common/drivers$mkdirhello
三.在hello目录中增加hello.h文件:
#ifndef_HELLO_ANDROID_H_
#define_HELLO_ANDROID_H_
#include
#include
#defineHELLO_DEVICE_NODE_NAME"hello"
#defineHELLO_DEVICE_FILE_NAME"hello"
#defineHELLO_DEVICE_PROC_NAME"hello"
#defineHELLO_DEVICE_CLASS_NAME"hello"
structhello_android_dev{
intval;
structsemaphoresem;
structcdevdev;
};
#endif
这个头文件定义了一些字符串常量宏,在后面我们要用到。
此外,还定义了一个字符设备结构体hello_Android_dev,这个就是我们虚拟的硬件设备了,val成员变量就代表设备里面的寄存器,它的类型为int,sem成员变量是一个信号量,是用同步访问寄存器val的,dev成员变量是一个内嵌的字符设备,这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。
四.在hello目录中增加hello.c文件,这是驱动程序的实现部分。
驱动程序的功能主要是向上层提供访问设备的寄存器的值,包括读和写。
这里,提供了三种访问设备寄存器的方法,一是通过proc文件系统来访问,二是通过传统的设备文件的方法来访问,三是通过devfs文件系统来访问。
下面分段描述该驱动程序的实现。
首先是包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include"hello.h"
/*主设备和从设备号变量*/
staticinthello_major=0;
staticinthello_minor=0;
/*设备类别和设备变量*/
staticstructclass*hello_class=NULL;
staticstructhello_android_dev*hello_dev=NULL;
/*传统的设备文件操作方法*/
staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp);
staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp);
staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos);
/*设备文件操作方法表*/
staticstructfile_operationshello_fops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=hello_open,
.release=hello_release,
.read=hello_read,
.write=hello_write,
};
/*定义设备属性*/
staticDEVICE_ATTR(val,S_IRUGO|S_IWUSR,hello_val_show,hello_val_store);
/*访问设置属性方法*/
staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf);
staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount);
定义传统的设备文件访问方法,主要是定义hello_open、hello_release、hello_read和hello_write这四个打开、释放、读和写设备文件的方法:
/*打开设备方法*/
staticinthello_open(structinode*inode,structfile*filp){
structhello_android_dev*dev;
/*将自定义设备结构体保存在文件指针的私有数据域中,以便访问设备时拿来用*/
dev=container_of(inode->i_cdev,structhello_android_dev,dev);
filp->private_data=dev;
return0;
}
/*设备文件释放时调用,空实现*/
staticinthello_release(structinode*inode,structfile*filp){
return0;
}
/*读取设备的寄存器val的值*/
staticssize_thello_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
ssize_terr=0;
structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return-ERESTARTSYS;
}
if(count
gotoout;
}
/*将寄存器val的值拷贝到用户提供的缓冲区*/
if(copy_to_user(buf,&(dev->val),sizeof(dev->val))){
err=-EFAULT;
gotoout;
}
err=sizeof(dev->val);
out:
up(&(dev->sem));
returnerr;
}
/*写设备的寄存器值val*/
staticssize_thello_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*f_pos){
structhello_android_dev*dev=filp->private_data;
ssize_terr=0;
/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return-ERESTARTSYS;
}
if(count!
=sizeof(dev->val)){
gotoout;
}
/*将用户提供的缓冲区的值写到设备寄存器去*/
if(copy_from_user(&(dev->val),buf,count)){
err=-EFAULT;
gotoout;
}
err=sizeof(dev->val);
out:
up(&(dev->sem));
returnerr;
}
定义通过devfs文件系统访问方法,这里把设备的寄存器val看成是设备的一个属性,通过读写这个属性来对设备进行访问,主要是实现hello_val_show和hello_val_store两个方法,同时定义了两个内部使用的访问val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val:
/*读取寄存器val的值到缓冲区buf中,内部使用*/
staticssize_t__hello_get_val(structhello_Android_dev*dev,char*buf){
intval=0;
/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return-ERESTARTSYS;
}
val=dev->val;
up(&(dev->sem));
returnsnprintf(buf,PAGE_SIZE,"%d/n",val);
}
/*把缓冲区buf的值写到设备寄存器val中去,内部使用*/
staticssize_t__hello_set_val(structhello_android_dev*dev,constchar*buf,size_tcount){
intval=0;
/*将字符串转换成数字*/
val=simple_strtol(buf,NULL,10);
/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))){
return-ERESTARTSYS;
}
dev->val=val;
up(&(dev->sem));
returncount;
}
/*读取设备属性val*/
staticssize_thello_val_show(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,char*buf){
structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
return__hello_get_val(hdev,buf);
}
/*写设备属性val*/
staticssize_thello_val_store(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,constchar*buf,size_tcount){
structhello_android_dev*hdev=(structhello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev);
return__hello_set_val(hdev,buf,count);
}
定义通过proc文件系统访问方法,主要实现了hello_proc_read和hello_proc_write两个方法,同时定义了在proc文件系统创建和删除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc:
/*读取设备寄存器val的值,保存在page缓冲区中*/
staticssize_thello_proc_read(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data){
if(off>0){
*eof=1;
return0;
}
return__hello_get_val(hello_dev,page);
}
/*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/
staticssize_thello_proc_write(structfile*filp,constchar__user*buff,unsignedlonglen,void*data){
interr=0;
char*page=NULL;
if(len>PAGE_SIZE){
printk(KERN_ALERT"Thebuffistoolarge:
%lu./n",len);
return-EFAULT;
}
page=(char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
if(!
page){
printk(KERN_ALERT"Failedtoallocpage./n");
return-ENOMEM;
}
/*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区中去*/
if(copy_from_user(page,buff,len)){
printk(KERN_ALERT"Failedtocopybufffromuser./n");
err=-EFAULT;
gotoout;
}
err=__hello_set_val(hello_dev,page,len);
out:
free_page((unsignedlong)page);
returnerr;
}
/*创建/proc/hello文件*/
staticvoidhello_create_proc(void){
structproc_dir_entry*entry;
entry=create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,0,NULL);
if(entry){
entry->owner=THIS_MODULE;
entry->read_proc=hello_proc_read;
entry->write_proc=hello_proc_write;
}
}
/*删除/proc/hello文件*/
staticvoidhello_remove_proc(void){
remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME,NULL);
}
最后,定义模块加载和卸载方法,这里只要是执行设备注册和初始化操作:
/*初始化设备*/
staticint__hello_setup_dev(structhello_Android_dev*dev){
interr;
dev_tdevno=MKDEV(hello_major,hello_minor);
memset(dev,0,sizeof(structhello_android_dev));
cdev_init(&(dev->dev),&hello_fops);
dev->dev.owner=THIS_MODULE;
dev->dev.ops=&hello_fops;
/*注册字符设备*/
err=cdev_add(&(dev->dev),devno,1);
if(err){
returnerr;
}
/*初始化信号量和寄存器val的值*/
init_MUTEX(&(dev->sem));
dev->val=0;
return0;
}
/*模块加载方法*/
staticint__inithello_init(void){
interr=-1;
dev_tdev=0;
structdevice*temp=NULL;
printk(KERN_ALERT"Initializinghellodevice./n");
/*动态分配主设备和从设备号*/
err=alloc_chrdev_region(&dev,0,1,HELLO_DEVICE_NODE_NAME);
if(err<0){
printk(KERN_ALERT"Failedtoallocchardevregion./n");
gotofail;
}
hello_major=MAJOR(dev);
hello_minor=MINOR(dev);
/*分配helo设备结构体变量*/
hello_dev=kmalloc(sizeof(structhello_android_dev),GFP_KERNEL);
if(!
hello_dev){
err=-ENOMEM;
printk(KERN_ALERT"Failedtoallochello_dev./n");
gotounregister;
}
/*初始化设备*/
err=__hello_setup_dev(hello_dev);
if(err){
printk(KERN_ALERT"Failedtosetupdev:
%d./n",err);
gotocleanup;
}
/*在/sys/class/目录下创建设备类别目录hello*/
hello_class=class_create(THIS_MODULE,HELLO_DEVICE_CLASS_NAME);
if(IS_ERR(hello_class)){
err=PTR_ERR(hello_class);
printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehelloclass./n");
gotodestroy_cdev;
}
/*在/dev/目录和/sys/class/hello目录下分别创建设备文件hello*/
temp=device_create(hello_class,NULL,dev,"%s",HELLO_DEVICE_FILE_NAME);
if(IS_ERR(temp)){
err=PTR_ERR(temp);
printk(KERN_ALERT"Failedtocreatehellodevice.");
gotodestroy_class;
}
/*在/sys/class/hello/hello目录下创建属性文件val*/
err=device_create_file(temp,&dev_attr_val);
if(err<0){
printk(KERN_ALERT"Failedtocreateattributeval.");
gotodestroy_device;
}
dev_set_drvdata(temp,hello_dev);
/*创建/proc/hello文件*/
hello_create_proc();
printk(KERN_ALERT"Succeddedtoinitializehellodevice./n");
return0;
destroy_device:
device_destroy(hello_class,dev);
destroy_class:
class_destroy(hello_class);
destroy_cdev:
cdev_del(&(hello_dev->dev));
cleanup:
kfree(hello_dev);
unregister:
unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major,hello_minor),1);
fail:
returnerr;
}
/*模块卸载方法*/
static
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