一、概述
本文首先描述了一个可以实际测试运行的简单驱动实例，然后由此去讨论Linux下驱动模板的要素，以及Linux上应用程序到驱动的执行过程。这个简单的驱动实例运行直接运行在开发板Linux系统上。
测试环境： TQ2440开发板+Linux2.6.30.4。
二、驱动程序实例
1、编写驱动文件EmbedSky_hello.c
#include <linux/miscdevice.h> #include <linux/delay.h> #include <asm/irq.h> #include <mach/regs-gpio.h> #include <mach/hardware.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/mm.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/types.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/moduleparam.h> #include <linux/slab.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/ioctl.h> #include <linux/cdev.h> #include <linux/string.h> #include <linux/list.h> #include <linux/pci.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/atomic.h> #include <asm/unistd.h> #define HELLO_MAJOR 231 #define DEVICE_NAME "HelloModule"static int hello_open(struct inode *inode, struct file *file) {printk("<1>hello open.\n");return 0; }static int hello_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){printk("<1>hello write.\n");return 0; }static struct file_operations hello_flops = {.owner = THIS_MODULE,.open = hello_open, .write = hello_write, };static int __init EmbedSky_hello_init(void) {int ret;ret = register_chrdev(HELLO_MAJOR, DEVICE_NAME, &hello_flops);if (ret < 0) {printk("<1>"DEVICE_NAME " can't register major number.\n");return ret;}printk("<1>"DEVICE_NAME " initialized.\n");return 0; }static void __exit EmbedSky_hello_exit(void) {unregister_chrdev(HELLO_MAJOR, DEVICE_NAME);printk("<1>"DEVICE_NAME " removed.\n"); } module_init(EmbedSky_hello_init); module_exit(EmbedSky_hello_exit);MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("www.embedsky.net"); MODULE_DESCRIPTION("SKY2440/TQ2440 Board First module test");
2、编写驱动Makefile文件
KERN_DIR = /opt/EmbedSky/linux-2.6.30.4all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderobj-m += EmbedSky_hello.o
3、编写测试驱动的应用代码hellotest.c
#include <fcntl.h> #include <stdio.h>int main(void) {int fd;int val = 1;fd = open("/dev/hellodev", O_RDWR);if(fd < 0){printf("can't open!\n");}write(fd, &val, 4);return 0; }
三、驱动实例测试
1、在Ubuntu下编译驱动
注意在编译驱动之前要先编译Linux内核镜像，否则驱动编译不通过。
#cd /opt/EmbedSky/work/EmbedSky_hello
#make
2、在Ubuntu下拷贝驱动到开发板库
#cd /opt/EmbedSky/root_nfs/lib
#cp /opt/EmbedSky/work/EmbedSky_hello/EmbedSky_hello.ko ./
说明：开发板使用nfs网络系统启动，使用Ubuntu共享的根文件系统所在目录为“/opt/EmbedSky/root_nfs“。
3、在开发板安装驱动
#insmode EmbedSky_hello.ko
结果截图：
4、查看驱动注册信息
#cat /proc/devices
结果截图：
5、在Ubuntu下编译上层应用测试程序
#arm-linux-gcc hellotest.c -o hellotest
通过这条命令，就能编译出一个上层应用hellotest。
6、在Ubuntu下拷贝上层应用测试程序到开发板
#cd /opt/EmbedSky/root_nfs/usr/bin
#cp /opt/EmbedSky/work/EmbedSky_hello/hellotest ./
7、在开发板Linux系统上创建设备节点
#mknod /dev/hellodev c 231 0
8、执行测试代码
#cd /usr/bin
#./hellotest
结果如下：
四、驱动模板
从宏观上把握了驱动程序的框架，然后再从细节上完善驱动的功能，这是开发驱动程序的一般步骤。驱动模板必备要素有头文件、初始化函数、退出函数、版权信息，常用的扩展要素是增加一些功能函数完善底层驱动的功能。
1、头文件
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
init.h 定义了驱动的初始化和退出相关的函数
kernel.h 定义了经常用到的函数原型及宏定义
module.h 定义了内核模块相关的函数、变量及宏
2、初始化函数
static int __init hello_init(void){int ret;ret = register_chrdev(HELLO_MAJOR,DEVICE_NAME,&hello_flops);if (ret < 0) {printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " can't register major number.\n");return ret;}printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " initialized.\n");return 0;
}
module_init(hello_init);
当加载驱动到内核的时候，这个初始化函数就会被自动执行。
初始化函数顾名思义是用来初始化模块的，常用的功能是通过register_chrdev来注册函数。内核分配了一块内存（数组）专门用来存放字符设备的函数集，register_chrdev函数会在这个数组的HELLO_MAJOR位置将hello_flops中的内容进行填充，也就是将HelloModule的功能函数地址注册到设备管理内存集中。
形象的比喻好像是操作系统提供了很多的衣服架，注册设备就好像是把一个衣服挂到某一个衣服架上。衣服上有许多口袋，就好像每一个模块有许多功能程序接口。显然，如果想使用设备的某个功能，就可以先找到对应的衣服架，然后找到相应的口袋，去调用对应的函数，执行动作。
3、退出函数
static void __exit hello_exit(void){unregister_chrdev(HELLO_MAJOR, DEVICE_NAME);printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " removed.\n");
}
module_exit(hello_exit);
当卸载驱动的时候，退出函数便会自动执行，完成一些列清楚工作。
在加载驱动的时候，我们向设备管理内存集中注册了该模块的相关功能函数。当卸载驱动的时候，就有必要将这个模块占用的内存空间清空。这样当其他的设备注册的时候便有更多的空间可以选择。
形象的比喻是， 当卸载驱动的时候，就是把衣服从衣服架上取下来，这样衣服架就腾空了。
4、版权信息
MODULE_LICENSE("GPL");
Linux内核是按照GPL发布的，同样Linux的驱动程序也要提供版权信息，否则当加载到内核中系统会给出警告信息。
5、功能函数
static int hello_open(struct inode *inode, struct file *file){printk(KERN_EMERG "hello open.\n");return 0;
}static int hello_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){printk(KERN_EMERG "hello write.\n");return 0;
}static struct file_operations hello_flops = {.owner = THIS_MODULE,.open = hello_open, .write = hello_write,
};
功能函数虽然不是一个驱动模板所必须的，但是一个有实际意义的驱动程序一定包含功能函数。功能函数实际上定义了这个驱动程序为用户提供了哪些功能，也就是用户可以对一个硬件设备可以进行哪些操作。
常见的功能函数有xxx_open()、xxx_write()、xxx_read()、xxx_ioctl()、xxx_llseek()等。当上层应用调用open()、write()、read()、ioctl()、llseek()等这些函数的时候，经过层层调用最后到达底层，调用相应的功能函数。结构体file_operations中的成员定义了很多函数，实际应用可以只对其部分成员赋值，其定义如下。
View Code五、从上层应用到底层驱动的执行过程
1、Linux系统的分层结构
Linux系统的分层结构为：应用层 ----> 库 ----> 内核 ----> 驱动程序 ----> 硬件设备。
2、从上层应用到底层驱动的执行过程
以“open("/dev/hellodev", O_RDWR)”函数的执行过程为例来说明。
（1）应用程序使用库提供的open函数打开代表hellodev的设备文件。
（2）库根据open函数传入的参数执行swi指令，这条指令会引起CPU异常，从而进入内核。
（3）内核的异常处理函数根据这些参数找到相应的驱动程序。
（4）执行相应的驱动程序。
（5）返回一个文件句柄给库，进而返回给应用程序。
3、驱动程序的执行特点
与应用程序不同，驱动程序从不主动运行，它是被动的：根据应用程序的要求进行初始化，根据应用程序的要求进行读写。驱动程序加载进内核，只是告诉内核“我在这里，我能做这些工作”，至于这些工作何时开始，则取决于应用程序。
驱动程序运行于“内核空间”，它是系统“信任”的一部分，驱动程序的错误有可能导致整个系统的崩溃。
参考资料：
linux驱动开发框架
《嵌入式Linux应用开发完全手册》