【源码】基于C语言的嵌入式Linux设备驱动开发示例

项目简介

本项目专注于嵌入式Linux设备驱动开发，深入介绍Linux内核架构、内核模块原理与应用，着重展示设备驱动开发过程。通过丰富示例代码，详细阐述字符设备驱动实现，涵盖模块信息设置、设备号分配、设备文件创建、文件操作实现，以及等待队列、内核同步机制和定时器等高级特性使用，为开发者提供完整的嵌入式Linux设备驱动开发学习与实践方案。

项目的主要特性和功能

1. Linux内核架构解析：讲解Linux用户空间与内核空间交互机制，以及内核模块加载与卸载原理，助开发者理解内核运行机制。
2. 设备驱动类型展示：介绍字符设备、块设备和网络设备三种驱动类型，让开发者了解不同类型设备驱动特点与应用场景。
3. 设备驱动开发流程演示：从“Hello World”内核模块起步，展示设备驱动开发完整流程，包括模块信息设置、初始化与退出函数编写、设备号分配与管理、设备文件创建与操作等。
4. 高级特性实现：
   • 等待队列：实现进程睡眠与唤醒机制，处理等待特定事件场景。
   • 内核同步：利用互斥锁、信号量、自旋锁和完成变量等机制，解决多线程或多进程访问共享资源的竞态条件问题。
   • 定时器：利用内核定时器实现周期性任务或定时操作。
5. 用户空间与内核空间交互：展示用户空间应用程序通过系统调用与内核中设备驱动通信，实现数据读写和控制操作。

安装使用步骤

环境准备

假设用户已下载项目源码文件，且使用Ubuntu系统。进行后续操作前，确保安装必要依赖： bash sudo apt install git bc bison flex libssl-dev make libc6-dev libncurses5-dev crossbuild-essential-armhf

编译内核模块

1. 本地编译：若在目标设备上直接编译，使用以下Makefile： bash obj-m :=Hello.o KERNELDIR = /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD :=$(shell pwd) default : $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean : $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean 在源码目录下执行make命令编译。

2. 交叉编译：若需在主机上编译适用于其他架构（如ARM）的内核模块，使用以下Makefile： bash obj-m := Hello.o KERNELDIR = /lib/modules/5.15.48-Shiva-v7l+/build default : make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean : make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean 在源码目录下执行make命令编译。

烧录Raspbian OS到SD卡

1. 安装rpi-imager： bash sudo apt install rpi-imager snap install rpi-imager
2. 运行rpi-imager： bash rpi-imager 在rpi-imager中选择OS为“Raspberry Pi OS (other) => rasperry pi OS Lite 32-bit”，选择存储设备为SD卡，点击“write”并确认。
3. 烧录完成后，拔出SD卡再插入，执行以下命令： bash cd /media/<user-name of your machine>/boot touch ssh touch wpa_supplicant.conf vim wpa_supplicant.conf 在wpa_supplicant.conf文件中写入以下内容并保存： c country=IN ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev network={ ssid="Your Hotspot name" psk="Your Hotspot Password" key_mgmt=WPA-PSK }
4. 拔出SD卡插入树莓派开发板，开发板启动。

加载和卸载内核模块

1. 加载模块：使用insmod命令加载编译好的内核模块，如： bash sudo insmod hello_world_module.ko 使用lsmod命令查看已加载模块，使用dmesg命令查看内核打印信息。
2. 卸载模块：使用rmmod命令卸载内核模块，如： bash sudo rmmod hello_world_module.ko
3. 查看模块信息：使用modinfo命令查看模块详细信息，如： bash modinfo hello_world_module.ko

设备文件操作

1. 手动创建设备文件：使用mknod命令手动创建设备文件，如： bash sudo mknod -m 666 /dev/My_device c 246 0
2. 自动创建设备文件：在驱动代码中使用class_create和device_create函数自动创建设备文件。

下载地址

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