前言
- 以野火i.M 6U為例
2. 內核模塊
本章節筆記主要理解內核模塊代碼框架和原理，分析一個簡單的內核模塊例子。
需要明確的是模塊和驅動是兩回事。
2.1 內核模塊概念
2.1.1 內核
內核，是一個操作系統的核心。是基於硬件的第一層軟件擴充，提供操作系統的最基本的功能， 是操作系統工作的基礎，決定着整個操作系統的性能和穩定性。
內核按照體系結構分為：微內核和宏內核。
- 參考圖：
2.1.2 內核模塊機制的引入
提高系統靈活性，在調試驅動的時候不需要重新編譯內核，也不需要重新啟動內核，只需要插入需要調試的驅動即可。
內核模塊的特點：
- 模塊本身不被編譯入內核映像，這控制了內核的大小。
- 模塊一旦被加載，它就和內核中的其它部分完全一樣。
2.2 內核模塊
內核模塊編譯后會得到一個 .ko 的 ELF 文件。（ELF 文件可以百度一下，也可以參考野火的內核模塊章節。）
ELF 文件：這類文件包含了代碼和數據，可以被用來鏈接成可執行文件或共享目標文件，靜態鏈接庫也可以歸為這一類。
2.2.1 內核模塊參考例程
必須內容可分為以下幾點：
- 入口函數：當通過insmod或modprobe命令加載內核模塊時，模塊的加載函數就會自動被內核執行，完成本模塊相關的初始化工作。
- 出口函數：執行rmmod命令卸載模塊時，模塊卸載函數就會自動被內核自動執行，完成相關清理工作。
- 協議：許可證聲明描述內核模塊的許可權限，如果模塊不聲明，模塊被加載時，將會有內核被污染的警告。
非必須內容：
- 模塊參數：模塊參數是模塊被加載時，可以傳值給模塊中的參數。
- 模塊導出符號： 模塊可以導出准備好的變量或函數作為符號，以便其他內核模塊調用。
- 模塊的其他相關信息： 可以聲明模塊作者等信息。
hello_module.c
/** @file hello_module.c
* @brief 簡要說明
* @details 詳細說明
* @author lzm
* @date 2021-02-21 18:08:07
* @version v1.0
* @copyright Copyright By lizhuming, All Rights Reserved
*
**********************************************************
* @LOG 修改日志:
**********************************************************
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
// 入口函數：安裝驅動時調用的函數
static int __init hello_init(void)
{
printk(KERN_EMERG "[ KERN_EMERG ] Hello Module Init\n");
printk( "[ default ] Hello Module Init\n");
return 0;
}
// 出口函數：卸載驅動時調用的函數
static void __exit hello_exit(void)
{
printk("[ default ] Hello Module Exit\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
//MODULE_LICENSE("GPL2");
MODULE_AUTHOR("embedfire ");
MODULE_DESCRIPTION("hello world module");
MODULE_ALIAS("test_module");
2.2.2 內核模塊命令
insmod：插入模塊：insmod+模塊完整路徑。
modprobe：插入模塊，insmod具備同樣的功能，同樣可以將模塊加載到內核中，除此以外modprobe還能檢查模塊之間的依賴關系， 並且按照順序加載這些依賴，可以理解為按照順序多次執行insmod。
depmod：創建模塊依賴文件。modprobe是怎么知道一個給定模塊所依賴的其他的模塊呢？在這個過程中，depmod起到了決定性作用，當執行modprobe時， 它會在模塊的安裝目錄下搜索module.dep文件，這是depmod創建的模塊依賴關系的文件。
rmmod：刪除模塊：insmod+模塊名稱。
lsmod：查看所有模塊。
modinfo：顯示模塊中的幾個宏的定義。如協議、作者等等。
2.2.3 系統自動加載模塊 **
讓系統自動加載模塊需要用到命令depmod和modprobe。
首先需要將我們想要自動加載的模塊統一放到 /lib/modules/內核版本 目錄下，內核版本使用 uname -r 查詢；
其次使用depmod建立模塊之間的依賴關系，命令 depmod -a ；
這個時候我們就可以在modules.dep中看到模塊依賴關系，可以使用如下命令查看：
cat /lib/modules/內核版本/modules.dep | grep calculation
最后在/etc/modules加上我們自己的模塊。
- 注意在該配置文件中，模塊不寫成.ko形式代表該模塊與內核緊耦合，有些是系統必須要跟內核緊耦合，比如mm子系統， 一般寫成.ko形式比較好，如果出現錯誤不會導致內核出現panic錯誤，如果集成到內核，出錯了就會出現panic。
然后重啟開發板，使用命令lsmod即可查看我們的模塊開機就被加載到內核了。
2.2.4 導出符號
實際上，符號指的就是內核模塊中使用 EXPORT_SYMBOL 聲明的函數和變量。當模塊被裝入內核后，它所導出的符號都會記錄在公共內核符號表中。可供給其它模塊使用。
導出方法：
- 符號必須在模塊文件的全局部分導出，不能在函數中使用。
- _GPL使得導出的模塊只能被GPL許可的模塊使用。
- 編譯我們的模塊時，這兩個宏會被拓展為一個特殊變量的聲明，存放在ELF文件中。 具體也就是存放在ELF文件的符號表中：
- st_name： 是符號名稱在符號名稱字符串表中的索引值；
- st_value： 是符號所在的內存地址；
- st_size： 是符號大小；
- st_info： 是符號類型和綁定信息；
- st_shndx： 表示符號所在section。
EXPORT_SYMBOL(name)
EXPORT_SYMBOL_GPL(name) // name為要導出的標志
調用方法(例子)：
extern int name;
2.2.5 模塊參數
模塊參數：模塊參數是模塊被加載時，可以傳值給模塊中的參數。
Linux內核提供一個宏來實現模塊的參數傳遞：
#define module_param(name, type, perm) module_param_named(name, name, type, perm)
#define module_param_array(name, type, nump, perm) module_param_array_named(name, name, type, nump, perm)
- name： 我們定義的變量名；
- type：參數的類型，目前內核支持的參數類型有byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，charp，bool，invbool。其中charp表示的是字符指針，bool是布爾類型，其值只能為0或者是1；invbool是反布爾類型，其值也是只能取0或者是1，但是true值表示0，false表示1。變量是char類型時，傳參只能是byte，char * 時只能是charp。
- perm：表示的是該文件的權限，具體參數值見下表：
| 對應用戶 | 字符 | 說明 |
|---|---|---|
| 當前用戶 | S_IRUSR | 用戶具有讀權限 |
| 當前用戶 | S_IWUSR | 用戶具有寫權限 |
| 當前用戶組 | S_IRGRP | 當前用戶組的其它用戶擁有讀權限 |
| 當前用戶組 | S_IWGRP | 當前用戶組的其它用戶擁有寫權限 |
| 其它用戶 | S_IROTH | 其它用戶具有讀權限 |
| 其它用戶 | S_IWOTH | 其它用戶具有寫權限 |
模塊參數使用示例
模塊源碼：
static int nameA=0;
module_param(nameA,int,0);
static bool nameB=0;
module_param(nameB,bool,0644);
加載模塊后，會在路徑 /sys/module/模塊名/parameters 下存在以模塊參數為名的文件。（注：若文件權限為0，則無法查看該文件，也不會顯示在該路徑）