如何来实现一个Linux内核的系统调用(基于tiny4412开发板)

关于系统调用，相信学习过操作系统的同学应该都不陌生。
那么，什么是系统调用？
百度的权威解释如下:
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由操作系统实现提供的所有系统调用所构成的集合即程序接口或应用编程接口(Application Programming Interface，API)。是应用程序同系统之间的接口。

         那么我们编程实验过程中使用过哪些系统调用呢？
         当我们要打开一个文件,对这个文件进行读写等操作，我们就需要使用open , read , write , lseek等基本的操作函数API，操作系统中就会根据我们的fd(文件句柄)找到对应的open , read , write , lseek函数，在底层进行调用。
         举一个简单的例子:
基于tiny4412实现的LED驱动和应用控制 http://blog.csdn.net/morixinguan/article/details/50619675
         我们在这个例子中就实现了系统调用:
fd = open("/dev/test-dev",O_RDWR) ;
if(-1 == fd)
{
printf("open fair!\n");
return -1 ;
}
while(1){
val = 0 ;
//写write方法就会调用到驱动程序的led_write
//最后我们能看到的结果是led灯做流水灯的实现，然后全灭，再周而复始
write(fd , &val , 4);
sleep(1);
val = 1 ;
write(fd , &val , 4);
sleep(1);
val = 2 ;
write(fd , &val , 4);
sleep(1);
val = 3 ;
write(fd , &val , 4);
sleep(1);
val = 5 ;
write(fd , &val , 4);
sleep(1);
} 在这里，我们通过open函数，打开相应的设备，这里的设备就是/dev/test-dev，然后对设备进行写操作，操作系统就会通过设备节点识别我们到底调用了哪个驱动函数，进而实现一些简单的操作。
       通过上层的open函数，内核的初始化函数已经对这个设备进行了注册操作，于是通过主设备号和次设备号进而调用了相应的驱动函数led_open,接着write函数调用到底层的led_write函数，具体API如下:
//启动函数
static __init int test_init(void)
{
printk("led_init\n");
major = register_chrdev(major, DEV_NAME, &fops);
led_config = (volatile unsigned long *)ioremap(GPM4COM , 16);
led_dat = led_config + 1 ;
return 0;
}

//open方法，对LED灯进行初始化
int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("led_open\n");//上层程序对LED进行Open操作的时候会执行这个函数
//先对LED的端口进行清0操作
*led_config &= ~(0xffff);
//将4个IO口16位都设置为Output输出状态
*led_config |= (0x1111);
return 0;
}

//write方法
int led_write(struct file *filp , const char __user *buf , size_t count , loff_t *f_pos)
{
int val ;
//注意，这里是在内核中进行操作，我们需要使用copy_from_user这个函数将用户态的内容拷贝到内核态
copy_from_user(&val , buf , count);
//以下就是当val是哪个值的时候，led就执行相应的操作，这里不多说
switch(val)
{
case 0 :
//对状态寄存器进行赋值,以下雷同
printk(KERN_EMERG"led1_on\n");
*led_dat &= ~0x1 ;
break ;
case 1 :
printk(KERN_EMERG"led2_on\n");
*led_dat &= ~0x2 ;
break ;
case 2 :
printk(KERN_EMERG"led3_on\n");
*led_dat &= ~0x4 ;
break ;
case 3 :
printk(KERN_EMERG"led4_on\n");
*led_dat &= ~0x8 ;
break ;
case 4 :
printk(KERN_EMERG"ledall_on\n");
*led_dat &= ~0xf ;
break ;
case 5 :
printk(KERN_EMERG"ledall_off\n");
*led_dat |= 0xf ;
break ;

}
}

上述调用过程在前面的字符设备驱动其实已经说得很详细就不再阐述。那么，如果我们现在不调用open,write,read等系统本身有的函数，我们自己来实现一个，如何实现？
     以下我们以实现sys_add()系统调用来进行过程描述，这个API很简单，就是通过上层调用syscall()函数，传入两个参数，使两数相加，具体实现如下:
    1、在内核源代码根目录找到这个文件   arch/arm/kernel/calls.S  ，打开看看:
/* 0 */ CALL(sys_restart_syscall)
CALL(sys_exit)
CALL(sys_fork_wrapper)
CALL(sys_read)
CALL(sys_write)
/* 5 */ CALL(sys_open)
CALL(sys_close)
....    在这个文件里，声明我们系统需要调用的API，我们把相应的添加到最后面:
    我们把我们需要的添加到最后:
    /*376*/ CALL(sys_add)     这里376表示系统调用号，第376号
   2、在内核源代码根目录找到这个文件   arch/arm/include/asm/unistd.h，打开看看:
    
/*
* This file contains the system call numbers.
*/

#define __NR_restart_syscall (__NR_SYSCALL_BASE+ 0)
#define __NR_exit (__NR_SYSCALL_BASE+ 1)
#define __NR_fork (__NR_SYSCALL_BASE+ 2)
#define __NR_read (__NR_SYSCALL_BASE+ 3)
#define __NR_write (__NR_SYSCALL_BASE+ 4)
#define __NR_open (__NR_SYSCALL_BASE+ 5)
#define __NR_close (__NR_SYSCALL_BASE+ 6)
....
在__NR这个标号375号后面添加:
#define __NR_add (__NR_SYSCALL_BASE+376)
  3、在内核源代码根目录找到这个文件   arch/arm/kernel/sys_arm.c , 打开看看



在文件的最后添加:
asmlinkage long sys_add(int a, int b)
{
return a+b;
}


这样，我们就完成了对底层系统调用的实现，接下来，我们来验证我们写的这个程序的结果，看看对不对。具体如下:
为了方便验证，这里就不再写应用程序，有兴趣可以自己去验证，也很简单。我们这里采用的还是以驱动的形式进行加载。
步骤如下:
1、先在driver目录下创建一个目录：yyx_syscall
依次创建syscall_add.c  Makefile
往syscall_add.c添加代码:
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/module.h>
#include<linux/sched.h>
#include<asm/uaccess.h>
#include<linux/compiler.h>
#include<linux/linkage.h>
#include<linux/types.h>
#include<linux/unistd.h>

//在linux内核根目录下找到System.map中sys_add的地址
#define SYS_CALL_ADD_TB 0xc004e30c
//这里通过一个指针去获取系统函数的入口地址
unsigned long *sys_call_table_add = (unsigned long*)SYS_CALL_ADD_TB;
asmlinkage long sys_add(int a , int b) ; //在这里定义一个函数

int __init init_addsyscall(void)
{
int ret ;
sys_call_table_add[376] = sys_add(1,2); //上面定义的这个函数作为参数传递给这个指针
ret = sys_call_table_add[376] ;//获取到了参数
printk("System call add loaded ret:%d\n",ret); //执行结果
return 0;
}

void __exit exit_addsyscall(void)
{
printk("System call unlodaded\n");
}

module_init(init_addsyscall);
module_exit(exit_addsyscall);
MODULE_LICENSE("GPL");Makefile内容如下:
obj-y += syscall_add.o

然后回到内核的根目录下：
make -j4
将编译生成的zImage下载到板子上，运行，我们可以看到串口中打印了相应的数据，是数字3，也就是1+2的结果，验证成功。