linux內核驅動-內核初涉

 　　一、為什麼要學習內核?

　　有些人要學習內核，而有些人則可以不學習它。你如果以後要從事系統研發或驅動開發的話，就要學習內核。

　　剛剛接觸內核，主要學習內核的接口函數。不要深入的去讀內核，因為你讀也讀不懂，內核代碼龐大如野獸一般不可駕馭。

　　學習內核主要掌握層次學習法，即從頭開始學習，一環緊扣一環。

　　內核學習的四步學習法：1、核心理論學習-概念與函數原型2、范例程序分析3、思維導圖設計4、親自編寫代碼

　　二、linux內核簡介

　　1、linux體系結構

　　分為兩部分：用戶空間和內核空間

　　2、linux為什麼要分為用戶空間和內核空間

　　現代CPU通常實現了不同的工作模式，以ARM為例，實現了7中工作模式。X86實現了4中不同的級別：Ring0-Ring3. Ring0下可以執行特權指令，可以訪問IO設備等，在Ring3則有很多限制。linux系統利用CPU的這一特性，使用了其中兩個級別分別運行linux內核與應用程序，這樣使操作系統本身得到充分的保護。例如：如果使用X86，用戶代碼運行在Ring3，內核代碼運行在Ring0.內核空間與用戶空間是程序執行的兩種不同狀態，通過系統調用和硬件中斷能夠完成從用戶空間到內核空間的轉移。

　　3.linux的內核構架

　　系統調用接口

　　SCI層為用戶空間提供了一套標准的系統調用函數來訪問Linux內核，搭起了用戶空間到內核空間的橋梁。

　　進程管理(PM)是創建進程，停止進程，並控制它們之間的通信。進程管理還包括控制活動進程如何共享CPU，即進程調度。

　　內存管理(MM)的主要作用是控制多個進程安全地共享內存區域。

　　網絡協議棧(Network Stack)為linux提供了豐富的網絡協議實現。

　　虛擬文件系統(VFS)隱藏各個文件系統的具體細節，為文件操作提供統一的接口。

　　設備驅動(DD)：linux內核中有大量代碼都在設備驅動程序中，它們控制特定的硬件設備。

　　三、linux內核源代碼結構

　　1、下載源代碼地址www.kernel.org

　　2、linux內核源代碼采用樹形結構進行組織，非常合理地把功能相關的文件都放在同一個子目錄下，使得程序更具可讀性。

　　arch目錄：arch是architecture的縮寫。內核所支持的每種CPU體系，在該目錄下都有對應的子目錄。每個cpu的子目錄，又進一步分解為boot，mm，kernel等子目錄，分別包含控制系統引導，內存管理，系統調用等。/* X86英特爾cpu與之相兼容體系結構的子目錄:boot 引導程序compressed內核解壓縮 tools生成壓縮內核映像的程序 kernel相關內核特性實現方式，如信號處理、時鐘處理 lib 硬件相關工具函數*/

　　documentation內核文檔

　　drivers設備驅動文檔

　　include內核所需要的頭文件。與平台無關的頭文件在include/linux子目錄下，與平台有關的頭文件則放在相應的子目錄中。

　　fs目錄存放各種文件系統的實現代碼。每個子目錄對應一種文件系統的實現，公用的源程序用於實現虛擬文件系統vfs

　　"|--devpts是/dev/pts虛擬文件系統

　　||--ext2是第二擴展文件系統

　　||--fat是MS的fat32文件系統

　　||--isofs 是IsO9660光盤cd-rom上的文件系統

　　net是網絡協議的實現代碼

　　||--802 802無線通訊協議核心支持代碼

　　||--appletalk 與蘋果系統連網的協議

　　||--ax25 AX25無線INTERNET協議

　　||--bridge 橋接設備

　　||--ipv4 IP協議族V4版32位尋址模式

　　||--ipv6 IP協議族V6版

　　四、linux內核的配置和編譯

　　代碼是如何轉化為燒寫或安裝到硬件平台中的系統映像文件的?

　　1、為什麼要配置內核

　　選出需要的，去掉不要的!1、硬件的需求2、軟件的需求

　　下載內核後要在linux中解壓縮，不要在windows下解壓縮因為windows下不區分大小寫，而linux操作系統區分大小寫。

　　進入內核的文件下：

　　2、內核的配置：

　　make config：基於文本模式的交互式配置

　　make menuconfig：基於文本模式的菜單型配置

　　<*>文件經過編譯由.c文件到.o文件,最後鏈接壓縮為內核鏡像，它存放在內存。

　　內核模塊，同上經過編譯後會把.o文件安裝到硬盤。

　　< >表示不選擇該功能

　　配置結果文件是隱藏文件，可以用ls -a 在內核文件下查看.config version

　　上面介紹的是一種方法，不過作為初學者我們往往是在一個已有的配置文件基礎上，通過修改得到新的配置文件，linux內核提供了一系列可供參考的內核配置文件，位於Arch/cpu/configs

　　接下來，我們利用虛擬機上的linux系統的配置文件來創建自己的升級版內核，並在虛擬機上運行該內核。

　　圖：

　　3、編譯內核(編譯內核、編譯內核模塊、制作ramdisk)

　　3.1、編譯內核

　　make zImage只能編譯小於512K的內核

　　make bzImage我們一般會使用這種方法編譯內核

　　如需獲取詳細編譯信息，可使用：

　　make zImage V=1

　　make bzImage V=1

　　編譯好的內核位於arch/cpu/boot/目錄下***

　　3.2編譯內核模塊

　　make modules 編譯內核模塊

　　make modules_install 將編譯好的內核模塊，從內核源代碼目錄復制到/lib/modules下**,為打包做好准備

　　經過第一步編譯後，散落在各個文件下的.ko文件為內存模塊。需要集中移動到/lib/modules這個就由make modules_install來完成

　　3.3制作init ramdisk

　　方法：mkinitrd initrd-$version $version

　　例如：mkinitrd initrd-2.6.32 2.6.32

　　通過uname -r 獲得正在運行的內核版本

　　*$version可以通過查詢/lib/modules下的目錄得到

　　4、安裝內核

　　1、cp arch/x86/boot/bzImage

　　/boot/vmlinuz-$version

　　2、cp initrd-$version /boot/

　　3、修改/etc/grub.conf的後四行

　　5、清理內核

　　make clean 清理編譯內核生產的.o文件

　　make distclean 清理編譯內核生產的.o文件和.config $version

　　記憶幾個命令

　　rpm -qa | grep kernel 找到內核包信息

　　rpm -e kernel-內核包名