Linux驱动基础知识

Gryphon Lv3
  2025-10-13 08:46:43 2025-10-13 08:46:43 Created   2025-10-13 08:46:43 2025-10-13 08:46:43 Updated      

Linux驱动基础知识

linux驱动是linux内核驱动的全称。对设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”，有操作系统的存在则大大降低了应用软件与硬件平台的耦合度。

1.设备驱动分类

linux是文件型系统，所有硬件都会在对应的目录(/dev)下面用相应的文件表示。在文件系统下，都有对应文件与键盘、鼠标、硬盘等实实在在硬件硬件设备关联，访问这些文件就可以访问实际硬件。

按照读写存储数据方式，我们可以把设备分为以下几种：字符设备、块设备和网络设备。 而Linux三大驱动就是指对这些设备的驱动，即字符设备、块设备驱动和网络设备驱动。

1.1 字符设备

字符设备指能够像字节流串行顺序依次进行访问的设备，对它的读写是以字节为单位。

字符设备的特点：

  • 一个字节一个字节读写的设备
  • 读取数据需要按照先后数据（顺序读取）
  • 每个字符设备在/dev目录下对应一个设备文件，linux用户程序通过设备文件（或称 设备节点）来使用驱动程序操作字符设备。
  • 常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、SPI、I2C等

1.2 块设备

块设备是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是按块进行的，他使用缓冲区来存放暂时的数据，待条件成熟后，从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区。

块设备的特点：

  • 数据以固定长度进行传输，比如512K
  • 块设备能够随机访问，而字符设备则只能顺序访问。
  • 块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等
  • 每个块设备在/dev目录下对应一个设备文件，linux用户程序可以通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作块设备。
  • 块设备可以容纳文件系统，所以一般都通过文件系统来访问，而不是/dev设备节点。

1.3. 网络设备

网络设备驱动不同于字符设备和块设备，不在/dev下以文件节点代表，而是通过单独的网络接口来代表。

网络设备的特点：

  • 网络接口没有像字符设备和块设备一样的设备号和/dev设备节点，只有接口名，如eth0,eth1
  • 对网络设备的访问只能通过socket操作，而不是open、closc、read、write

1.4 对比

驱动类型 数据交换单位 访问模式 典型设备示例
字符设备驱动 字节（Byte） 顺序访问 串口、键盘、鼠标
块设备驱动 固定大小的数据块（如 512B/4KB） 随机访问 硬盘、SSD、U盘
网络设备驱动 数据包（Packet / Frame） 无固定顺序 网卡、Wi-Fi 模块

2.驱动的构建方式（Build Target Type）

  1. 内置（Built-in） —— 编译后直接链接进内核镜像（如 vmlinux / zImage / uImage）;
  2. 模块（Module） —— 编译成 .ko 文件，可动态加载/卸载。关于这一部分的实现原理可用参考linux内核模块;

3.linux内核驱动的实现方式

Linux 内核驱动的实现方式可分为：

  1. 传统驱动（Legacy Driver / Board-file based Driver）
  2. 现代驱动（Device Tree based Driver / DT-enabled Driver）
特性 传统驱动（Legacy） 现代驱动（Device Tree based）
硬件描述方式 硬编码在驱动或 arch/ 板级文件中 通过设备树（.dts）描述硬件资源
资源获取方式 platform_get_resource(), 宏定义、全局变量 of_get_named_gpio(), of_property_read_u32() 等
设备注册 手动 platform_device_register() 内核自动从设备树生成 platform_device
可移植性 ❌ 差，换板子要改驱动或板文件 ✅ 好，只需改设备树，驱动通用
维护性 ❌ 差，驱动与硬件强耦合 ✅ 好，驱动与硬件解耦
内核主线支持 ⚠️ 逐步淘汰，仅老平台保留 ✅ 推荐，ARM/RISC-V 新平台必须使用
典型内核版本 Linux 2.6 ~ 3.10 Linux 3.7+（ARM强制），4.4+（主流全面支持）

4.一个简单的内核模块加载/卸载的演示

Linux内核模块的代码框架通常由下面几个部分组成：

  • 模块加载函数(必须)： 当通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数就会自动被内核执行，完成本模块相关的初始化工作。
  • 模块卸载函数(必须)： 当执行rmmod命令卸载模块时，模块卸载函数就会自动被内核自动执行，完成相关清理工作。
  • 模块许可证声明(必须)： 许可证声明描述内核模块的许可权限，如果模块不声明，模块被加载时，将会有内核被污染的警告。
  • 模块参数： 模块参数是模块被加载时，可以传值给模块中的参数。
  • 模块导出符号： 模块可以导出准备好的变量或函数作为符号，以便其他内核模块调用。
  • 模块的其他相关信息： 可以声明模块作者等信息。
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#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int module_init_func(void)
{
    printk(KERN_INFO "Init Hello  World module...\n");
    return 0;
}

static void module_exit_func(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello World Exit...\n");
}

module_init(module_init_func); // 驱动入口
module_exit(module_exit_func); // 驱动出口

MODULE_LICENSE("GPL v2"); 
MODULE_AUTHOR("Gryphon");
MODULE_DESCRIPTION("A simple hello world module");
MODULE_ALIAS("Hello world module");
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# 目标模块名称（生成 helloworld.ko）
obj-m += helloworld.o

# 内核源码目录（你提供的路径）
KDIR := /home/gryphon/SDK/linux

# 当前目录
PWD := $(shell pwd)

CROSS_COMPILE := /home/gryphon/SDK/tools/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
ARCH := arm
CC := $(CROSS_COMPILE)gcc


# 默认目标
default:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) CC=$(CC) modules

# 清理
clean:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) modules clean

.PHONY: default clean

输出log示例：

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# lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: G  
# insmod helloworld.ko 
[ 7377.171567] Init Hello  World module...
# 
# lsmod
Module                  Size  Used by    Tainted: G  
helloworld             16384  0 
# rmmod helloworld.ko 
[ 7386.308034] Hello World Exit...
#

5.内核模块传参与符号共享

内核模块作为一个可拓展的动态模块，为Linux内核提供了灵活性，但是有时我们需要根据不同的应用场景给内核传递不同的参数，例如在程序中开启调试模式、设置详细输出模式以及制定与具体模块相关的选项，都可以通过参数的形式来改变模块的行为。

Linux内核提供一个宏来实现模块的参数传递。

module_param函数 (内核源码/include/linux/moduleparam.h) #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) 内核支持的参数类型有byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，charp，bool，invbool。 其中charp表示的是字符指针，bool是布尔类型，其值只能为0或者是1；invbool是反布尔类型，其值也是只能取0或者是1，但是true值表示0，false表示1。变量是char类型时，传参只能是byte，char * 时只能是charp。 实现模块的参数传递
/include/linux/export.h #define EXPORT_SYMBOL(sym) __EXPORT_SYMBOL(sym, “”) //EXPORT_SYMBOL宏用于向内核导出符号，这样的话，其他模块也可以使用我们导出的符号了。

5.1 测试用例：

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#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int itype = 0;
module_param(itype, int, 0);
EXPORT_SYMBOL(itype);


static bool btype = 0;
module_param(btype, bool, 0644);

static char ctype = 0;
module_param(ctype, byte, 0);

static char *stype = 0;
module_param(stype, charp, 0644);

static int __init param_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT "param init!\n");
    printk(KERN_ALERT "itype=%d\n", itype);
    printk(KERN_ALERT "btype=%d\n", btype);
    printk(KERN_ALERT "ctype=%d\n", ctype);
    printk(KERN_ALERT "stype=%s\n", stype);
    
    return 0;
}

static void param_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT "param exit!\n");
    printk(KERN_ALERT "itype=%d\n", itype);
    printk(KERN_ALERT "btype=%d\n", btype);
    printk(KERN_ALERT "ctype=%d\n", ctype);
    printk(KERN_ALERT "stype=%s\n", stype);
}

int my_add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
EXPORT_SYMBOL(my_add);

int my_sub(int a, int b)
{
    return a - b;
}
EXPORT_SYMBOL(my_sub);
module_init(param_init); // 驱动入口
module_exit(param_exit); // 驱动出口

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// calculation.h
#ifndef __CALCULATION_H__
#define __CALCULATION_H__

extern int itype;

int my_add(int a, int b);
int my_sub(int a, int b);

#endif

// calculation.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include "calculation.h"
static int __init calculation_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT "calculation  init!\n");
    printk(KERN_ALERT "itype+1 = %d, itype-1 = %d\n", my_add(itype, 1), my_sub(itype, 1));
    return 0;
}
static void calculation_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT "calculation  init!\n");
    printk(KERN_ALERT "itype+1 = %d, itype-1 = %d\n", my_add(itype, 1), my_sub(itype, 1));
}
module_init(calculation_init);
module_exit(calculation_exit);

MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("Gryphon");
MODULE_DESCRIPTION("A simple hello world module with calculation functions");
MODULE_ALIAS("Hello world module");

// Makefile
# 目标模块名称（生成 moduleparam_test.ko）
obj-m += moduleparam_test.o

# 内核源码目录（你提供的路径）
KDIR := /home/gryphon/SDK/linux

# 当前目录
PWD := $(shell pwd)

CROSS_COMPILE := /home/gryphon/SDK/tools/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-
ARCH := arm
CC := $(CROSS_COMPILE)gcc

# 默认目标
default:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) CC=$(CC) modules

# 清理
clean:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) clean

.PHONY: default clean

测试log：

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# insmod moduleparam_test.ko itype=123 btype=1 ctype=200 stype=abc
[  144.225190] moduleparam_test: module license 'unspecified' taints kernel.
[  144.232153] Disabling lock debugging due to kernel taint
[  144.238806] param init!
[  144.241271] itype=123
[  144.243539] btype=1
[  144.245634] ctype=200
[  144.248043] stype=abc
# insmod calculation.ko
[  147.224498] calculation  init!
[  147.227575] itype+1 = 124, itype-1 = 122
# 
# rmmod calculation.ko 
[  150.404026] calculation  init!
[  150.407110] itype+1 = 124, itype-1 = 122
# rmmod moduleparam_test.ko 
[  154.941217] param exit!
[  154.943692] itype=123
[  154.946010] btype=1
[  154.948234] ctype=200
[  154.950513] stype=abc
#

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参考链接

2. Linux驱动简述 — [野火]嵌入式Linux驱动开发实战指南——基于LubanCat-全志系列板卡 文档

驱动入口点——platform_device解析 - 知乎

  • Title: Linux驱动基础知识
  • Author: Gryphon
  • Created at : 2025-10-13 08:46:43
  • Updated at : 2025-10-13 08:46:43
  • Link: https://phoenixs.gitlab.io/2025/10/13/youdaonote/linux驱动/000.linux驱动简介/
  • License: This work is licensed under CC BY-NC-SA 4.0.
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  1. Linux驱动基础知识
    1. 1.设备驱动分类
      1. 1.1 字符设备
      2. 1.2 块设备
      3. 1.3. 网络设备
      4. 1.4 对比
    2. 2.驱动的构建方式（Build Target Type）
    3. 3.linux内核驱动的实现方式
    4. 4.一个简单的内核模块加载/卸载的演示
    5. 5.内核模块传参与符号共享
      1. 5.1 测试用例：
    6. 参考链接