教你写第一个Linux设备驱动程序

首先说明：写这个第一个linux设备驱动程序的目的是熟悉Linux驱动的框架以及编程流程，所以是通过打印的信息来观察程序运行的情况，并不是真正的实现了某一个具体设备的驱动，可以类比于C语言编程中的“Hello World”。

Linux下的设备驱动架构如下图所示：

在本篇文章中以first_device_driver为例进行介绍

一般来说，写出完整的设备驱动程序需要如下几个步骤：

1. 写出first_drv_open、first_drv_write、first_drv_read和first_drv_ioctl等函数；
2. 定义file_operations结构体并填充其成员函数first_drv_open、first_drv_write、first_drv_read和first_drv_ioctl等；
3. 模块加载函数，通过register_chrdev将字符设备注册到内核中；
4. 写驱动的入口函数；
5. 写驱动的出口函数；
6. 通过module_init()来修饰驱动入口函数；
7. 通过module_exit()来修饰驱动出口函数；
8. 声明模块许可证；

下面进行详细讲解

步骤一：在新创建的.c文件中编写如图例中的代码

步骤二：编写Makefile脚本

值得提出的一点是，编写Makefile是Linux驱动工程师必备的基础，但是要明白我们并不需要完全的掌握Makefile的语法及编程，我们只需要能模仿着其他工程的Makefile文件写出我们自己想要的Makefile文件即可。

步骤三：在对应目录中执行make命令，生成.ko模块文件

这一步骤较为简单，只是在相应目录输入make命令即可。

步骤四：通过U盘或者nfs网络文件系统将该.ko文件加载到内核中

我们在加载驱动模块之前可以先通过命令：cat /proc/devices来查看字符主设备号是否已经被占用。proc文件系统是Linux在运行时存在于内存中的文件系统，它记录着系统运行的实时信息，当关闭系统时，proc文件系统也随之释放。

然后可通过命令：insmod first_drv.ko将模块挂载到内核， 通过命令：cat /proc/devices可以观察first_drv设备是否已经挂载成功；另外也可以通过modprobe来加载驱动模块，这两者的区别在于modprobe可以解决加载模块时的依赖关系，它是通过/lib/modules/#uname -r/modules.dep(.bb)文件来查找依赖关系的，而insmod不能解决模块间的依赖问题。

步骤五：创建dev/first_driver设备节点

通过命令：mknod /dev/first_driver 100 0 来创建设备节点。

步骤六：编写应用程序进行测试

测试的应用程序如下：

在这里我们可以发现测试程序里的open()函数实际就是调用了驱动中的first_drv_open()函数，而write()函数实际调用了驱动中的first_drv_write()函数。本质上是这样的一个执行过程：用户空间的open()函数->文件系统的sys_open()函数->驱动的first_drv_open()函数。

另外很重要的一点，上文中图例中的程序是需要手动创建设备节点，从而提供给用户程序访问的，如此一来当驱动模块较多的时候就很麻烦，所以Linux也提供自动创建设备节点的接口，建议使用自动创建设备节点的机制。如下是自动创建设备节点的方法：

1、首先创建一个class设备类，然后在class类下，创建一个class_device，即在类下面创建类的设备；

2、在驱动入口函数中添加步骤：firstdrv_class= class_create(THIS_MODULE,"first_drv")；irstdrv_class_devs=class_device_create(firstdrv_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"first_drv")；

3、在驱动出口函数中添加：class_device_unregister(firstdrv_class_devs)；class_destroy(firstdrv_class)；

这个自动创建设备节点的功能是基于Linux支持的热拔插功能，Linux内核中每当设备出现变动时，都会处理对应的信息，使用户程序对/dev目录下的设备进行操作。

最后，此驱动程序运行的实际效果就是打印信息，这个Linux设备驱动例程可以类比于C语言中的“Hello World”例程，希望可以帮助大家初步认识Linux的设备驱动程序。