一、一个简单的驱动程序实例
驱动文件hello.c
#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #define HELLO_MAJOR 231 #define DEVICE_NAME "HelloModule" static int hello_open(struct inode *inode, struct file *file){ printk(KERN_EMERG "hello open.\n"); return 0; } static int hello_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){ printk(KERN_EMERG "hello write.\n"); return 0; } static struct file_operations hello_flops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_open, .write = hello_write, }; static int __init hello_init(void){ int ret; ret = register_chrdev(HELLO_MAJOR,DEVICE_NAME, &hello_flops); if (ret < 0) { printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " can't register major number.\n"); return ret; } printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " initialized.\n"); return 0; } static void __exit hello_exit(void){ unregister_chrdev(HELLO_MAJOR, DEVICE_NAME); printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " removed.\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
复制代码在使用printk打印的时候，在参数中加上了“KERN_EMERG”可以确保待打印信息输出到控制台上。由于printk打印分8个等级，等级高的被打印到控制台上，而等级低的却输出到日志文件中。
编译驱动所需的Makefile
ifneq ($(KERNELRELEASE),)MODULE_NAME = hellomodule $(MODULE_NAME)-objs := hello.o obj-m := $(MODULE_NAME).o else KERNEL_DIR = /lib/modules/`uname -r`/build MODULEDIR := $(shell pwd) .PHONY: modules default: modules modules: make -C $(KERNEL_DIR) M=$(MODULEDIR) modules clean distclean: rm -f *.o *.mod.c .*.*.cmd *.ko rm -rf .tmp_versions endif
复制代码测试驱动的上层应用代码hellotest.c
#include <fcntl.h>#include <stdio.h> int main(void) { int fd; int val = 1; fd = open("/dev/hellodev", O_RDWR); if(fd < 0){ printf("can't open!\n"); } write(fd, &val, 4); return 0; }
复制代码二、驱动实例测试
测试的方法整体来说就是，编译驱动和上层测试应用；加载驱动，通过上层应用调用驱动；最后，卸载驱动。
1、编译驱动
#make make命令，直接调用Makefile编译hello.c，最后会生成“hellomodule.ko”。
2、编译上层应用
#gcc hellotest.c -o hellotest
通过这条命令，就能编译出一个上层应用hellotest。3、加载驱动
#insmod hellomodule.ko
insmod加载驱动的时候，会调用函数hello_init()，打印的调试信息如下。
加载驱动时打印的信息
此外，在"/proc/devices"中可以看到已经加载的模块。
/proc/devices显示的信息
4、创建节点
虽然已经加载了驱动hellomodule.ko，而且在/proc/devices文件中也看到了已经加载的模块HelloModule，但是这个模块仍然不能被使用，因为在设备目录/dev目录下还没有它对应的设备文件。所以，需要创建一个设备节点。
#mknod /dev/hellodev c 231 0
在/proc/devices中看到HelloModule模块的主设备号为231，创建节点的时候就是将设备文件/dev/hellodev与主设备号建立连接。这样在应用程序操作文件/dev/hellodev的时候，就会定位到模块HelloModule
创建文件节点
/proc/devices 与 /dev的区别
/proc/devices中的设备是驱动程序生成的，它可产生一个major供mknod作为参数。这个文件中的内容显示的是当前挂载在系统的模块。当加载驱动HelloModule的时候，并没有生成一个对应的设备文件来对这个设备进行抽象封装，以供上层应用访问。
/dev下的设备是通过mknod加上去的，用户通过此设备名来访问驱动。我以为可以将/dev下的文件看做是硬件模块的一个抽象封装，Linux下所有的设备都以文件的形式进行封装。
5、上层应用调用驱动#./hellotest
hellotest应用程序先打开文件“/dev/hellodev”，然后向此文件中写入一个变量val。期间会调用底层驱动中的hello_open和hello_write函数，hellotest的运行结果如下所示。
上层应用运行结果
6、卸载驱动
#rmmod hellomodule
insmod卸载驱动的时候，会调用函数hello_exit()，打印的调试信息如下。总结一个模块的操作流程：
（1）通过insmod命令注册module
（2）通过mknod命令在/dev目录下建立一个设备文件"xxx"，并通过主设备号与module建立连接
（3）应用程序层通过设备文件/dev/xxx对底层module进行操作
三、驱动模板
从宏观上把握了驱动程序的框架，然后再从细节上完善驱动的功能，这是开发驱动程序的一般步骤。驱动模板必备要素有头文件、初始化函数、退出函数、版权信息，常用的扩展要素是增加一些功能函数完善底层驱动的功能。
1、头文件
#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h>
复制代码kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义
module.h 定义了内核模块相关的函数、变量及宏
2、初始化函数
static int __init hello_init(void){ int ret; ret = register_chrdev(HELLO_MAJOR,DEVICE_NAME,&hello_flops); if (ret < 0) { printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " can't register major number.\n"); return ret; } printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " initialized.\n"); return 0; } module_init(hello_init);
复制代码初始化函数顾名思义是用来初始化模块的，常用的功能是通过register_chrdev来注册函数。
内核分配了一块内存（数组）专门用来存放字符设备的函数集，register_chrdev函数会在这个数组的HELLO_MAJOR位置将hello_flops中的内容进行填充，也就是将HelloModule的功能函数地址注册到设备管理内存集中。
形象的比喻好像是操作系统提供了很多的衣服架，注册设备就好像是把一个衣服挂到某一个衣服架上。衣服上有许多口袋，就好像每一个模块有许多功能程序接口。
显然，如果想使用设备的某个功能，就可以先找到对应的衣服架，然后找到相应的口袋，去调用对应的函数，执行动作。
模块调用过程
3、退出函数
static void __exit hello_exit(void){ unregister_chrdev(HELLO_MAJOR, DEVICE_NAME); printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " removed.\n"); } module_exit(hello_exit);
复制代码在加载驱动的时候，我们向设备管理内存集中注册了该模块的相关功能函数。当卸载驱动的时候，就有必要将这个模块占用的内存空间清空。这样当其他的设备注册的时候便有更多的空间可以选择。
形象的比喻是， 当卸载驱动的时候，就是把衣服从衣服架上取下来，这样衣服架就腾空了。
4、版权信息
MODULE_LICENSE("GPL");
Linux内核是按照GPL发布的，同样Linux的驱动程序也要提供版权信息，否则当加载到内核中系统会给出警告信息。5、功能函数
static int hello_open(struct inode *inode, struct file *file){ printk(KERN_EMERG "hello open.\n"); return 0; } static int hello_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){ printk(KERN_EMERG "hello write.\n"); return 0; } static struct file_operations hello_flops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_open, .write = hello_write, };
复制代码功能函数实际上定义了这个驱动程序为用户提供了哪些功能，也就是用户可以对一个硬件设备可以进行哪些操作。
常见的功能函数有xxx_open()、xxx_write()、xxx_read()、xxx_ioctl()、xxx_llseek()等。
当上层应用调用open()、write()、read()、ioctl()、llseek()等这些函数的时候，经过层层调用最后到达底层，调用相应的功能函数。
结构体file_operations中的成员定义了很多函数，实际应用可以只对其部分成员赋值。
四、从上层应用到底层驱动的执行过程
1、Linux系统的分层结构
Linux系统的分层结构为：应用层 ----> 库 ----> 内核 ----> 驱动程序 ----> 硬件设备。
2、从上层应用到底层驱动的执行过程
以“open("/dev/hellodev", O_RDWR)”函数的执行过程为例来说明。
（1）应用程序使用库提供的open函数打开代表hellodev的设备文件。
（2）库根据open函数传入的参数执行swi指令，这条指令会引起CPU异常，从而进入内核。
（3）内核的异常处理函数根据这些参数找到相应的驱动程序。
（4）执行相应的驱动程序。
（5）返回一个文件句柄给库，进而返回给应用程序。
驱动程序执行过程
3、驱动程序的执行特点
与应用程序不同，驱动程序从不主动运行，它是被动的：根据应用程序的要求进行初始化，根据应用程序的要求进行读写。驱动程序加载进内核，只是告诉内核“我在这里，我能做这些工作”，至于这些工作何时开始，则取决于应用程序。
驱动程序运行于“内核空间”，它是系统“信任”的一部分，驱动程序的错误有可能导致整个系统的崩溃。
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