[Linux操作系统]Linux驱动开发入门，从零开始掌握内核编程|linux驱动开发入门与实战,Linux驱动开发入门，Linux驱动开发入门，从零基础到内核编程实战,Linux操作系统,云主机博士

本内容专注于Linux驱动开发入门，旨在帮助初学者从零基础掌握内核编程。通过系统学习，读者将逐步了解Linux驱动开发的基本概念、核心原理及实战技巧。课程涵盖驱动结构、设备树、中断管理等关键知识点，结合实例演示，助力开发者顺利入门Linux驱动开发，提升内核编程能力，为深入Linux系统底层应用奠定坚实基础。

本文目录导读：

Linux驱动概述
Linux驱动开发环境搭建
Hello World驱动程序
字符设备驱动开发
进阶学习资源

Linux操作系统以其开源、稳定和高效的特点，在服务器、嵌入式系统和超级计算机等领域占据了重要地位，而Linux驱动开发则是连接硬件与操作系统内核的关键技术，对于想要深入理解Linux系统或从事嵌入式开发的工程师来说，掌握Linux驱动开发是必不可少的技能，本文将带你走进Linux驱动开发的世界，从基础知识到实践操作，助你轻松入门。

Linux驱动概述

1.1 什么是驱动程序？

驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它负责管理硬件资源，实现硬件设备的初始化、数据传输和控制等功能，驱动程序让操作系统“认识”并“使用”硬件设备。

1.2 Linux驱动的分类

Linux驱动程序主要分为以下几类：

字符设备驱动：用于管理像串口、键盘等以字符流方式进行数据传输的设备。

块设备驱动：用于管理像硬盘、U盘等以块为单位进行数据传输的设备。

网络设备驱动：用于管理网卡等网络设备。

其他设备驱动：如USB驱动、PCI驱动等。

Linux驱动开发环境搭建

2.1 安装Linux操作系统

你需要一台安装了Linux操作系统的计算机，推荐使用Ubuntu、Fedora等发行版，因为它们有较好的社区支持和丰富的开发工具。

2.2 安装开发工具

GCC编译器：用于编译C语言代码。

Make工具：用于管理项目的编译过程。

Kernel源码：下载并安装与你使用的Linux内核版本一致的源码。

sudo apt-get install build-essential linux-headers-$(uname -r)

2.3 配置内核开发环境

1、下载内核源码：

```bash

wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.0.tar.xz

tar -xvf linux-5.4.0.tar.xz

cd linux-5.4.0

```

2、配置内核：

```bash

make menuconfig

```

3、编译内核：

```bash

make -j$(nproc)

```

4、安装内核：

```bash

sudo make modules_install install

```

Hello World驱动程序

3.1 创建驱动文件

创建一个名为hello.c的文件，内容如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_INFO "Hello, world!
");
    return 0;
}
static void __exit hello_exit(void) {
    printk(KERN_INFO "Goodbye, world!
");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World module");

3.2 编写Makefile

创建一个名为Makefile的文件，内容如下：

obj-m += hello.o
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

3.3 编译和加载驱动

1、编译驱动：

```bash

make

```

2、加载驱动：

```bash

sudo insmod hello.ko

```

3、查看内核日志：

```bash

dmesg | tail

```

4、卸载驱动：

```bash

sudo rmmod hello

```

字符设备驱动开发

4.1 字符设备驱动概述

字符设备驱动是最常见的驱动类型之一，适用于以字符流方式进行数据传输的设备。

4.2 主要数据结构

struct cdev：字符设备结构体，用于注册和管理字符设备。

struct file_operations：文件操作结构体，定义了设备文件的操作方法。

4.3 实例：简单的字符设备驱动

创建一个名为char_dev.c的文件，内容如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define DEVICE_NAME "mychardev"
#define CLASS_NAME "mychar"
static int majorNumber;
static struct class* charClass = NULL;
static struct cdev charCdev;
static int my_open(struct inode *inodep, struct file *filep) {
    printk(KERN_INFO "CharDev : Device has been opened
");
    return 0;
}
static ssize_t my_read(struct file *filep, char *buffer, size_t len, loff_t *offset) {
    printk(KERN_INFO "CharDev : Device has been read from
");
    return 0;
}
static ssize_t my_write(struct file *filep, const char *buffer, size_t len, loff_t *offset) {
    printk(KERN_INFO "CharDev : Received %zu characters from the user
", len);
    return len;
}
static int my_close(struct inode *inodep, struct file *filep) {
    printk(KERN_INFO "CharDev : Device successfully closed
");
    return 0;
}
static struct file_operations fops = {
    .open = my_open,
    .read = my_read,
    .write = my_write,
    .release = my_close,
};
static int __init char_dev_init(void) {
    printk(KERN_INFO "CharDev: Initializing the CharDev
");
    majorNumber = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);
    if (majorNumber < 0) {
        printk(KERN_ALERT "CharDev failed to register a major number
");
        return majorNumber;
    }
    printk(KERN_INFO "CharDev: registered correctly with major number %d
", majorNumber);
    charClass = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);
    if (IS_ERR(charClass)) {
        unregister_chrdev(majorNumber, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "Failed to register device class
");
        return PTR_ERR(charClass);
    }
    printk(KERN_INFO "CharDev: device class registered correctly
");
    if (IS_ERR(device_create(charClass, NULL, MKDEV(majorNumber, 0), NULL, DEVICE_NAME))) {
        class_destroy(charClass);
        unregister_chrdev(majorNumber, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "Failed to create the device
");
        return PTR_ERR(charClass);
    }
    printk(KERN_INFO "CharDev: device class created correctly
");
    cdev_init(&charCdev, &fops);
    if (cdev_add(&charCdev, MKDEV(majorNumber, 0), 1) < 0) {
        device_destroy(charClass, MKDEV(majorNumber, 0));
        class_destroy(charClass);
        unregister_chrdev(majorNumber, DEVICE_NAME);
        printk(KERN_ALERT "Failed to add cdev
");
        return -1;
    }
    return 0;
}
static void __exit char_dev_exit(void) {
    cdev_del(&charCdev);
    device_destroy(charClass, MKDEV(majorNumber, 0));
    class_destroy(charClass);
    unregister_chrdev(majorNumber, DEVICE_NAME);
    printk(KERN_INFO "CharDev: Goodbye from the LKM!
");
}
module_init(char_dev_init);
module_exit(char_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Linux char driver");
MODULE_VERSION("0.1");

4.4 编译和测试

1、编写Makefile：

```makefile

obj-m += char_dev.o

all:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

```

2、编译驱动：

```bash

make

```

3、加载驱动：

```bash

sudo insmod char_dev.ko

```

4、创建设备文件：

```bash

sudo mknod /dev/mychardev c $(awk '/mychardev/ {print $1}' /proc/devices) 0

sudo chmod 666 /dev/mychardev

```

5、测试驱动：

```bash

echo "Hello" > /dev/mychardev

cat /dev/mychardev

```

6、卸载驱动：

```bash

sudo rmmod char_dev

sudo rm /dev/mychardev

```

进阶学习资源

5.1 书籍推荐

- 《Linux设备驱动程序》（第三版）作者：Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, Greg KrOAh-Hartman

- 《Linux内核设计与实现》作者：Robert Love

5.2 在线课程

- Coursera上的《Linux Device Drivers》课程

- Udemy上的《Linux Kernel ProgramMing》课程

5.3 社区和论坛

- Linux内核邮件列表（LKML）

- Stack Overflow上的Linux内核开发板块

Linux驱动开发是一个复杂而

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