Android应用程序访问linux驱动第一步：实现并测试Linux驱动

一直都想亲自做一次使用android应用程序访问Linux内核驱动的尝试，但总是没能做到。最近抽出时间，下决心重新尝试一次。尝试的开始当然是先写一个Linux内核驱动了。

我希望写一个简单测驱动程序，实现写一个字符串进去，然后再把它读出来的功能。驱动中会创建dev/hello设备节点和/sys/class/hello/hello/val 设备节点，没有实现proc/下的对应的设备节点。/sys/class/hello/hello/val 主要用于快速测试，而dev/hello则主要用于供上层应用调用。

这篇博客参考了老罗的android之旅相关博客：http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6568411。

一。驱动源码

代码我已经在android6.0的linux kernel上测试过了，代码中有响应的注释，所以这里直接贴出代码：

hello.c

文件如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/device.h>

#include <linux/sched.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/fcntl.h>

#include <linux/poll.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/workqueue.h>

#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>

#include "hello.h"

/*定义主设备和从设备号变量*/
static int hello_major = 0;
static int hello_minor = 0;

/*设备类别和设备变量*/
static struct class* hello_class = NULL;
static struct hello_test_dev* hello_dev = NULL;

/*传统的设备文件操作方法*/
static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp);
static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp);
static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);
static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);

/*设备文件操作方法表*/
static struct file_operations hello_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = hello_open,
.release = hello_release,
.read = hello_read,
.write = hello_write,
};

/*访问设置属性方法*/
static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr,  char* buf);
static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);

/*定义设备属性*/
static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store);

/*打开设备方法*/
static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) {
struct hello_test_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, struct hello_test_dev, dev);
filp->private_data = dev;

return 0;
}

/*设备文件释放时调用，空实现*/
static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) {
return 0;
}

/*读内存*/
static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {
ssize_t err = 0;
struct hello_test_dev* dev = filp->private_data;

/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))) {
return -ERESTARTSYS;
}

if(count < sizeof(dev->val)) {
goto out;
}

/*读字符串*/
if(copy_to_user(buf, dev->val, sizeof(dev->val))) {
err = -EFAULT;
goto out;
}

err = sizeof(dev->val);

out:
up(&(dev->sem));
return err;
}

/*写字符串*/
static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) {
struct hello_test_dev* dev = filp->private_data;
ssize_t err = 0;

/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))) {
return -ERESTARTSYS;
}

if(count != sizeof(dev->val)) {
goto out;
}

/*将用户写进来的字符串保存到驱动的内存中*/
if(copy_from_user(dev->val, buf, count)) {
err = -EFAULT;
goto out;
}

err = sizeof(dev->val);

out:
up(&(dev->sem));
return err;
}

/*写字符串到内存*/
static ssize_t __hello_set_val(struct hello_test_dev* dev, const char* buf, size_t count) {

/*同步访问*/
if(down_interruptible(&(dev->sem))) {
return -ERESTARTSYS;
}
printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.buf: %s  count:%d\n",buf,count);
printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.dev->val: %s  count:%d\n",dev->val,count);
strncpy(dev->val,buf, count);
printk(KERN_ALERT"__hello_set_val.dev->val: %s  count:%d\n",dev->val,count);
up(&(dev->sem));

return count;
}

/*读取设备属性val*/
static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf) {
struct hello_test_dev* hdev = (struct hello_test_dev*)dev_get_drvdata(dev);
printk(KERN_ALERT"hello_val_show.\n");
printk(KERN_ALERT"%s\n",hdev->val);
return 0;
}

/*写设备属性val*/
static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count) {
struct hello_test_dev* hdev = (struct hello_test_dev*)dev_get_drvdata(dev);
printk(KERN_ALERT"hello_val_store.buf: %s  count:%d\n",buf,count);

return __hello_set_val(hdev, buf, count);
}

/*初始化设备*/
static int  __hello_setup_dev(struct hello_test_dev* dev) {
int err;
dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);

memset(dev, 0, sizeof(struct hello_test_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) {
return err;
}

/*初始化信号量和寄存器val的值*/
init_MUTEX(&(dev->sem));
dev->val = kmalloc(10,GFP_KERNEL);
strncpy(dev->val,"hello",sizeof("hello"));
return 0;
}

/*模块加载方法*/
static int __init hello_init(void){
int err = -1;
dev_t dev = 0;
struct device* temp = NULL;

printk(KERN_ALERT"hello_init.\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"Failed to alloc char dev region.\n");
goto fail;
}

hello_major = MAJOR(dev);
hello_minor = MINOR(dev);

/*分配helo设备结构体变量*/
hello_dev = kmalloc(sizeof(struct hello_test_dev), GFP_KERNEL);
if(!hello_dev) {
err = -ENOMEM;
printk(KERN_ALERT"Failed to alloc hello_dev.\n");
goto unregister;
}

/*初始化设备*/
err = __hello_setup_dev(hello_dev);
if(err) {
printk(KERN_ALERT"Failed to setup dev: %d.\n", err);
goto cleanup;
}

/*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"Failed to create hello class.\n");
goto destroy_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"Failed to create hello device.");
goto destroy_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"Failed to create attribute val.");
goto destroy_device;
}

dev_set_drvdata(temp, hello_dev);

printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize hello device.\n");
return 0;

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:
return err;
}

/*模块卸载方法*/
static void __exit hello_exit(void) {
dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor);

printk(KERN_ALERT"hello_exit\n");

/*销毁设备类别和设备*/
if(hello_class) {
device_destroy(hello_class, MKDEV(hello_major, hello_minor));
class_destroy(hello_class);
}

/*删除字符设备和释放设备内存*/
if(hello_dev) {
cdev_del(&(hello_dev->dev));
kfree(hello_dev);
}
if(hello_dev->val != NULL){
kfree(hello_dev->val);
}
/*释放设备号*/
unregister_chrdev_region(devno, 1);
}

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("Test Driver");

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

hello.h

文件如下：

#ifndef _HELLO_TEST_H_
#define _HELLO_ANDROID_H_

#include <linux/cdev.h>
#include <linux/semaphore.h>

#define HELLO_DEVICE_NODE_NAME  "hello"
#define HELLO_DEVICE_FILE_NAME  "hello"
#define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"

struct hello_test_dev {
char * val;
struct semaphore sem;
struct cdev dev;
};

#endif

二。编译驱动

在linux源码目录的driver下新建hello目录，把hello.c和hello.h文件放入其中。新增Makefile和Kconfig文件：

1.Makefile,用于编译驱动

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o

2.Kconfig

config HELLO
tristate "Test Driver"
default n
help
This is the test driver.

3修改driver目录下的Makefile:

添加如下一项：

obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/

4.修改driver目录下的Kconfig

添加如下一项：

source "drivers/hello/Kconfig"

5.make menuconfig

如果对编译linux kernel不熟悉请自行百度。

配置界面如下：



可以看到这里出现了我们在Kconfig中添加的Test Driver选项，我们把它选择成以模块的形式编译，这更有利于我们的测试，这样我们就不需要重新少些linux kernel了。Android的linux kernel一般是打包进boot.img文件的，如果想把模块编译进Linux内核，并且重写烧写linux kernel ，建议把kernel放到out/target/product/xxx/目录下，然后使用make bootimage-nodeps能快速生成boot.img文件，具体kernel放置的位置还需要看android编译系统相关配置，这里就不深究了。

6.make -j16

执行make -j16(-j16标示使用16个cpu来编译，只是个请求)，这个过程还是很快的，几分钟就可以编译成功。编译后的hello目录如下：



可以看到生成了hello.ko文件。

三.使用/sys/class/hello/hello/val 进行测试

1.把hello.ko拷贝到android设备上

建议直接使用adb push hello.ko /data 即可，也可以用U盘拷贝。总之，把它放到android设备上。

2.装载驱动

cd /data

insmod hello.ko

这个时候可以看到/dev/hello /sys/class/hello/hello/val文件已经出现

3.测试

输入命令：echo haha > val

打印如下：

[ 9641.053505] hello_val_store.buf: haha

[ 9641.053505] count:5

[ 9641.060167] __hello_set_val.buf: haha

[ 9641.060167] count:5

[ 9641.066841] __hello_set_val.dev->val: hello count:5

[ 9641.073088] __hello_set_val.dev->val: haha

[ 9641.073088] count:5

可以看到数据已经写入，

使用cat val 读取：

打印如下：

[ 9644.953496] hello_val_show.

[ 9644.957127] haha

[ 9644.957127]

可以看到haha打印出来了，书名写入是成功的。

四.使用/dev/hello测试

首先在android源码的packages目录下新建一个hellotest目录，该目录下新建hellotest.c和Android.mk两个文件。

1.hellotest.c

这个文件用来打开/dev/hello文件并尝试读和写字符串操作，并打印相关信息，源码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define HELLO_DEVICE "/dev/hello"
int main(int argc, char** argv)
{
int fd = -1;
char * str = malloc(10);
//打开/dev/hello
fd = open(HELLO_DEVICE, O_RDWR);
if(fd == -1) {
printf("Failed to open device %s.\n", HELLO_DEVICE);
return -1;
}

printf("Read original value:\n");
//先读一次数据看看
read(fd, str, 10);
printf("read data: %s\n", str);
strncpy(str,"nihao",sizeof("nihao"));
printf("write nihao\n");
//写nihao进去
write(fd, str, sizeof(str));

printf("Read the value again:\n");
//读看看是不是nihao
read(fd, str, 10);
printf("read data: %s\n", str);
close(fd);
return 0;
}

2.Android.mk

android下编译应用程序使用Android.mk还是很方便的：

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

LOCAL_MODULE_TAGS := optional

LOCAL_MODULE := hellotest

LOCAL_SRC_FILES := $(call all-subdir-c-files)

include $(BUILD_EXECUTABLE)

3.编译

执行mm命令即可

编译后的文件在out/target/product/xxx/obj/EXECUTABLES/hellotest_intermediates/目录下，该目录编译后如图：



关于mm命令编译执行文件的过程，可以参考我的这篇博客： Android编译系统<二>-mm编译单个模块

4.测试

使用adb push hellotest /data把hellotest 推送到android设备上来，然后chmod +x hellotest添加可执行权限。

最后./hellotest

打印如下：

Read original value:
read data: hell
write nihao
Read the value again:
read data: nihao

可见测试成功。