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android 自定义驱动(第一篇:驱动)

android 自定义驱动(第一篇:驱动)

作者: momxmo | 来源:发表于2020-05-25 23:08 被阅读0次

    简介

    案例内容:
    我们不会为真实的硬件设备编写内核驱动程序,这里为了方便描述Android系统编写内核驱动程序的过程而编写的演示Demo,以简单的例子来介绍开发的整个内核到上次App的过程;
    这里演示使用的是一个虚拟的硬件设备,这个设备只有一个4字节的寄存器,它可读可写。其实,Andorid内核程序和一般Linux内核驱动程序的编写方法是一样的,都是以Linux模板的形式实现的
    内核源码下载编译安装在这篇文章里:[https://www.jianshu.com/p/a51f4b9e8d22]
    (https://www.jianshu.com/p/a51f4b9e8d22)

    功能总体自下而上的流程如下:

    • 1、kernel层驱动实现,提供设备驱动节点文件
    • 2、user层Hal抽象硬件接口定义和实现
    • 3、HDIL接口定义,实现Binder服务端,提供给Framework层调用
    • 4、Framework层JNI作为Binder客户端调用HDIL 接口,并提供AIDL接口应用层使用
    • 5、App应用层通过调用AIDL调用Framework提供的服务

    案例环境如下:

    • 手机设备:Nexus 6p
    • 开发环境系统:Ubuntu14
    • 开发环境:AOSP内核 Linux 3.10.73
    • Android源码版本:8.1
    一、创建驱动项目

    在内核源码目录/drivers/下,新建hello目录:

    msm/drivers$ mkdir hello
    

    msm是我内核源码目录

    二、目录下创建hello.h文件

    源码地址:https://github.com/momxmo/aosp_driver/blob/master/1/hello/hello.h

    #ifndef _HELLO_ANDROID_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_PROC_NAME "hello"
    #define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"
     
    struct hello_android_dev{
        int val; // 代表寄存器,类型为int
        struct semaphore sem; // 信号量,用于同步操作
        struct cdev dev; // 内嵌的字符设备,这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法
    };
     
    #endif
    

    这个头文件定义了一些字符串常量宏,后面会使用到。这里定义了一个字符设备结构体hello_android_dev,这里就是我们虚拟的硬件设备了,val成员变量就代表设备里面的寄存器,它为int类型,sem成员变量是一个信号变量,是用于同步访问寄存器val的,dev成员变量是一个内嵌的字符设备,这个Linux驱动程序自定义字符设备结构体的标准方法。

    三、添加hello.c文件

    源码地址:https://github.com/momxmo/aosp_driver/blob/master/1/hello/hello.c
    在hello目录中添加hello.c文件,这个是驱动程序的实现部分。驱动程序的主要功能就是向上层提供访问设备的寄存器的值,包括读和写。这里提供了三种访问寄存器的方法:

    • 1.通过proc文件系统来访问。
    • 2.通过传统的设备文件的方式来访问。
    • 3.通过devfs文件系统来访问。

    下面分段描述驱动程序的实现;
    首先添加包含必要的头文件和定义三种访问设备的方法:

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

    传统的设备文件访问方法
    主要定义hello_open、hello_release、hello_read、hello_write四个打开、释放、读写设备文件的方法;

    /* 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 cout, loff_t* f_pos);
    static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);
    

    通过devfs文件系统访问方法
    原理:这里将设备的寄存器val看成是设备的一个属性,通过读写这个属性来对设备进行访问,主要是实现hello_val_show、hello_val_store两个方法,同事定义了两个内部使用的访问val值的方法_hello_get_val和_hello_set_val:

    /* 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);
    
    

    通过proc文件系统访问方法
    主要实现了hello_proc_read、hello_proc_write两个方法,同时定义了在proc文件系统创建和删除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc:

    /*读取设备寄存器val的值,保存在page缓存区中*/
    static ssize_t hello_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data) {
        if(off > 0) {
            *eof = 1;
            return 0;
        }
    
        return _hello_get_val(hello_dev, page);
    }
    /*把缓冲区的值buff保存到设备寄存器val中去*/
    static ssize_t hello_proc_write(struct file* filp, const char __user *buff, unsigned long len, void* data) {
        int err = 0;
        char* page = NULL;
    
        if(len > PAGE_SIZE) {
            printk(KERN_ALERT"The buff is too large:%lu.\n", len);
            return -EFAULT;
        }
    
        page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL);
        if(!page) {
            printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page.\n");
            return -ENOMEM;
        }
    
        /*先把用户提供的缓冲区值拷贝到内核缓冲区去*/
        if(copy_from_user(page, buff, len)) {
            printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user.\n");
            err = -EFAULT;
            goto out;
        }
    
        err = _hello_set_val(hello_dev, page, len);
    
    out:
        free_page((unsigned long)page);
        return err;
    }
    /*创建/proc/hello/文件*/
    static void hello_create_proc(void) {
        struct proc_dir_entry* entry;  
        entry = proc_create(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0644, 0, &hello_fops);
        /*entry = create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL); // 该函数已被替代
        if(entry) {
            entry->owner = THIS_MODULE;
            entry->read_proc = hello_proc_read;
            entry->write_proc = hello_proc_write;
        }*/
    }
    
    /*删除/proc/hello文件*/
    static void hello_remove_proc(void) {
        remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, NULL);
    }
    

    定义模块的加载和卸载方法
    这里主要是执行设备的注册和初始化操作:
    创建和删除设备文件节点

    /* 模块加载方法*/
    static int __init hello_init(void) { }
    /*模块卸载方法*/
    static void __exit hello_exit(void) {}
    
    四、添加配置文件

    在hello目录创建Kconfig和Makefile两个文件,其中Kconfig是在编译前执行配置命令make menuconfig时用到,而Makefile是执行编译命令make时用到;
    Makefile文件内容:

    obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
    

    Kconfig文件内容:

    config HELLO
        tristate "First Android Driver"
        default m
        help
        This is the first android driver.
    

    说明:在Kconfig配置文件中,tristate表示编译选项HELLO支持在编译内核时,hello模块支持以模块、内建和不编译三种编译方法,默认编译为模块,因此,在编译内核前,我们需要使用make menuconfig命令配置编译选项,使得hello可以以模块或者内建的方法进行编译。
    在Makefile文件中,根据选择HELLO的值,执行不同的编译方法。

    五、添加hello模块项目到驱动程序中

    修改drivers/Kconfig在menu "Device Drivers" 后添加一行:

      source "drivers/hello/Kconfig"
    

    将我们自定义的hello驱动模块引入;
    修改drivers/Makefile,添加hello编译模块在里面添加

     obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/
    

    在内核目录/arch/arm64/configs/angler_defconfig中添加一行:

        CONFIG_HELLO=y 
    

    这里m表示编译成module,y表示编译进kernel只可以看到.o不会生成.ko
    这样,执行make menuconfig时,就可以配置hello模块的编译选项了,配置为编译成模块。.

    六、配置编译选择

    步骤如下:

    • 1.内核目录下执行make menuconfig,弹窗选择框,进入Device Drivers-->选择First Android Drivery键是选中,n是不选中;
    • 2.注意: 如果内核不支持动态加载模块,这里不能选择m,虽然我们在Kconfig文件中配置了HELLO选项为tristate。要支持动态加载模块选项,必须要在配置菜单中选择Enable loadable module support选项;在支持动态卸载模块选项,必须要在Enable loadable module support菜单项中,选择Module unloading选项。
      我们这里是支持动态加载的,因此选择m,方便加载调试。
    七、编译

    开始编译内核
    $ make kernel
    编译到内核方式:
    我这里是直接编译到内核的方式,剩下步骤按AOSP内核下载和编译执行,编译得到内核复制到AOSP源码编译生成boot.img镜像,然后刷入到手机中验证;
    模块方式:
    获得hello.ko,导出放到系统驱动目录,我的平台为:/vendor/lib64/modules/
    使用insmod /vendor/lib64/modules/hello.ko加载,为了使驱动能在系统启动时加载,在init.bigfish.rc中添加:insmod /vendor/lib64/modules/hello.ko,这样系统开机后就会启动了

    八、验证

    ① 进入到dev目录,可以看到hello设备文件:

    root@android:/ # cd dev
    root@android:/dev # ls
    

    ② 进入到proc目录,可以看到hello文件:

    root@android:/ # cd proc
    root@android:/proc # ls
    

    ③进入到sys/class目录,可以看到hello目录:

    root@android:/ # cd sys/class
    root@android:/sys/class # ls
    //进入到hello目录,可以看到hello目录:
    root@android:/sys/class # cd hello
    root@android:/sys/class/hello # ls
    //进入到下一层hello目录,可以看到val文件:
    root@android:/sys/class/hello # cd hello
    root@android:/sys/class/hello/hello # ls
    //访问属性文件val的值:
    root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
    5
    root@android:/sys/class/hello/hello # echo '0'  > val
    root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
    0
    

    以上都可以通过cat命令查看,echo '8' > hello命令写入操作

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