环境
宿主机: Ubuntu 20.04
下载的Linux版本: Linux-5.8.1
可以通过 cat /proc/version 或 uname -a 查看宿主机版本, 然后再选择对应的版本下载.
v-dev@vdev-VirtualBox:~$ uname -r
5.8.0-63-generic
v-dev@vdev-VirtualBox:~$ ll /usr/src
total 24
drwxr-xr-x 6 root root 4096 8月 1 10:13 ./
drwxr-xr-x 14 root root 4096 4月 23 2020 ../
drwxr-xr-x 24 root root 4096 4月 23 2020 linux-headers-5.4.0-26/
drwxr-xr-x 7 root root 4096 4月 23 2020 linux-headers-5.4.0-26-generic/
drwxr-xr-x 7 root root 4096 8月 1 09:39 linux-headers-5.8.0-63-generic/
drwxr-xr-x 24 root root 4096 8月 1 09:39 linux-hwe-5.8-headers-5.8.0-63/
更新 /etc/apt/sources.list
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
apt-get update
sudo apt-get install build-essential gcc make perl dkms
sudo apt-get install flex
sudo apt-get install bison
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install libelf-dev
reboot
编译内核源码
1.下载内核源码步骤
2.解压源码包
如果下载的文件类型是linux-5.8.1.tar.xz则需要两步解压
xz -d linux-5.8.1.tar.xz
tar -xvf linux-5.8.1.tar
如果下载的文件类型是linux-5.8.1.tar.gz则只需要一步解压
tar -xvf linux-5.8.1.tar.gz
3.指定硬件架构体系
# export ARCH=x86
4.配置board config
进入解压后的linux-5.8.1目录执行以下命令
# sudo make x86_64_defconfig
结果如下图
5.配置内核
继续执行 sudo make menuconfig命令
6.编译内核
好长时间...
内核编译完成
测试自己写的字符设备驱动程序
在linux-5.8.1目录下创建debug目录,并创建my_char_device.c和Makefile两个文件
并不是说这里的my_char_device.c依赖于linux-5.8.1目录下的文件, 它依赖的是宿主机的文件. 之所以把它放在linux-5.8.1目录下, 是后期会把它编译到linux-5.8.1内核中. 如果你只是为了测试自己写的字符设备驱动程序, my_char_device.c可以任意放置, 甚至也不需要下载和编译linux-5.8.1
字符设备驱动源文件 my_char_device.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static struct class *struct_class;
static int dev_major;
static int open(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
printk(KERN_WARNING "L%d->%s() major=%d,minor=%d\n", __LINE__, __FUNCTION__, imajor(pinode), iminor(pinode));
return 0;
}
static ssize_t read(struct file *pfile, char __user *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
int ret;
// 用户态应用程序调用read方法时返回这里定义的字符数组数据
char data[] = "data from my_char_device";
int len = min(count, sizeof(data));
ret = copy_to_user(pbuf,data,len);
printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
return ret;
}
static ssize_t write(struct file *pfile, const char *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
int ret;
char data[100];
int len = min(count, sizeof(data));
ret = copy_from_user(data,pbuf,len);
printk(KERN_WARNING "L%d->%s():%s\n", __LINE__, __FUNCTION__, data);
return count;
}
static int release(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
return 0;
}
static struct file_operations fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = open,
.read = read,
.write = write,
.release = release,
};
static int my_char_device_init(void)
{
printk(KERN_INFO "my_char_device init!\n");
// 查看cat /proc/devices 查看未使用的设备号
// my_char_device 设备文件名称
dev_major = register_chrdev(0, "my_char_device", &fops);
struct_class = class_create(THIS_MODULE, "my_char_class");
// 自动创建设备文件 也可以通过 `mknod /dev/my_char_device c 200 2` 手动创建设备文件
device_create(struct_class, NULL, MKDEV(dev_major, 2), NULL, "my_char_device");
return 0;
}
static void my_char_device_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "my_char_device exit!\n");
device_destroy(struct_class, MKDEV(dev_major, 2));
class_destroy(struct_class);
unregister_chrdev(dev_major, "my_char_device");
}
module_init(my_char_device_init);
module_exit(my_char_device_exit);
Makefile
obj-m := my_char_device.o
KERNEL_DIR := /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)
PWD := $(shell pwd)
default:
make -C ${KERNEL_DIR} M=${PWD} modules
clean:
rm -f *.o *.ko *.mod.c *.mod.o modules.* Module.*
编译模块
插入和卸载模块
通过执行dmesg命令查看输出信息
插入模块之后
在/sys/class目录下会出现一个my_char_class目录.
在/dev/目录下会出现一个my_char字符设备文件.
测试一下自己写的字符设备驱动程序
main.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
char data[100];
fd = open("/dev/my_char_device", O_RDWR);
read(fd, data, 100);
printf("%s\n", data);
char info[100] = "www.infuq.com";
write(fd, info, 14);
return 0;
}
编译&执行
返回的数据data from my_char_device 就是上面驱动程序my_char_device_read方法中定义的数据.
将自己写的字符设备驱动程序编译到内核中
一路走下来, 我们编译了内核, 也写了自己的驱动程序. 现在就要把自己写的驱动程序编译到内核中.
1.将我们写的my_char_device.c文件拷贝到linux-5.8.1/drivers/char目录下,效果图如下
因为我们写的是字符设备驱动,因此必须拷贝到指定的目录下. 之前写的Makefile文件不需要拷贝.
2.编辑Kconfig文件
添加一项config,如下图.
经过上面的配置,在接下来配置内核选项的时候就可以看到我们添加的选项了
3.编辑Makefile
这里的Makefile是linux-5.8.1/drivers/char目录下自己的Makefile, 并不是我们上面自己写的Makefile
添加如下一行内容
这里的CONFIG_MY_CHAR_DEVICE不能随便写. 在上一步编辑Kconfig文件时, 我们添加的一个选项是config MY_CHAR_DEVICE, 因此这一步就要写CONFIG_MY_CHAR_DEVICE. 如果上一步我们设置的选项是config TMP_DEVICE, 那么这一步就要写CONFIG_TMP_DEVICE.
3.编译内核
如上图, 依次执行 export ARCH=x86 , sudo make x86_64_defconfig , sudo make menuconfig 命令.
在执行sudo make menuconfig命令会弹出弹框, 依次选择 Device Drivers -> Character devices , 最后会看到如下界面, 就看到了我们自己的字符设备选项, 把它勾选, 那么就会自动编译到内核中了.
编译内核 sudo make
如上图, 的确看到了把我们自己写的驱动程序编译到了内核中.
替换内核
经过上面的步骤, 我们验证了自己写的字符驱动程序是正确的, 我们也成功的把自己写的字符驱动程序编译进入了内核. 这一次, 我们需要把我们已经成功编译的内核版本5.8.1替换掉宿主机自己的内核版本.
1.sudo make modules_install 安装内核模块
2.sudo make install 安装内核
3.修改grub
sudo vi /etc/default/grub
ubuntu20修改成如上效果, 其他版本请读者朋友自行解决
4.sudo update-grub
5.重启机器
如上图,选择'Advanced options for Ubuntu'
如上图,选择我们之前编译的5.8.1版本内核进行启动
启动之后,查看版本
查看我们自己的字符驱动是否被加载了
再次调用我们之前测试字符设备的程序,数据也正常返回.
一路走来, 编译内核 -> 自己写个字符设备驱动程序 -> 把自己写的字符设备驱动程序加载进内核并再次编译内核 -> 替换掉系统自身内核,使用我们自己的内核.
基于以上, 后面就可以修改一下内核数据, 调试内核, 验证一些结论就有一些帮助了.
测试块驱动
my_disk.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/mount.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <mach/devices.h>
#include <mach/soc.h>
#include <mach/platform.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/genhd.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/hdreg.h>
#include <linux/vmalloc.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define VDISK_SIZE 10 * 1024 * 1024 // 10M
#define SECTOR_SIZE 512
static int my_disk_major;
static struct gendisk *gdisk;
static spinlock_t lock;
unsigned char *vmem; // 基于内存的磁盘,即把内存中的某块区域当成磁盘使用.
static int my_disk_open(struct block_device *dev, fmode_t mod)
{
return 0;
}
static int my_disk_getgeo(struct block_device *blk, struct hd_geometry *geo)
{
geo->heads = 4;
geo->sectors = 16;
geo->start = 0;
geo->cylinders = 10 * 1024 * 1024 / 512 /4 /16;
return 0;
}
static struct block_device_operations my_disk_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = my_disk_open,
.getgeo = my_disk_getgeo,
}
static void handle_disk_request(struct request_queue *queue)
{
struct request *req;
unsigned int size,off;
req = blk_fetch_request(queue);
while (req)
{
size = blk_rq_cur_bytes(req);
off = req->__sector * SECTOR_SIZE;
if (rq_data_dir(req) == READ)
memcpy(req->buffer, vmem + off, size);
else if (rq_data_dir(req) == WRITE)
memcpy(vmem + off, req->buffer, size);
if (!__blk_end_request_cur(req, 0))
req = blk_fetch_request(queue);
}
}
static int __init my_disk_init(void)
{
vmem = vmalloc(VDISK_SIZE);
my_disk_major = register_blkdev(0, "my_disk");
gdisk = alloc_disk(3);
gdisk->major = my_disk_major;
gdisk->first_minor = 1;
gdisk->fops = &my_disk_fops;
strcpy(gdisk->disk_name, "my_ram_disk");
spin_lock_init(&lock);
gdisk->queue = blk_init_queue(handle_disk_request, &lock);
set_capacity(gdisk, VDISK_SIZE / SECTOR_SIZE);
add_disk(gdisk);
return 0;
}
static void __exit my_disk_exit(void)
{
del_gendisk(gdisk);
put_disk(gdisk);
unregister_blkdev(my_disk_major, "my_disk");
vfree(vmem);
}
module_init(my_disk_init);
module_exit(my_disk_exit);
编译busybox
1.下载解压
https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.0.tar.bz2
解压命令tar -xvf busybox-1.30.0.tar.bz2
解压到与linux-5.8.1目录同级
2.配置
3.编译和安装
完成之后会生成一个_install目录,进入此目录
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir etc dev mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p proc sys tmp mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p etc/init.d/
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/fstab
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/init.d/rcS
echo -e "Welcome to tinyLinux"
/bin/mount -a
echo -e "Remounting the root filesystem"
mount -o remount,rw /
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/init.d/rcS
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::askfirst:-/bin/sh
::cttlaltdel:/bin/umount -a -r
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/inittab
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ cd dev
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod console c 5 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod null c 3 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod tty1 c 4 1
制作最小的根文件系统
在busybox-1.30.0目录下执行以下命令
rm -rf rootfs.ext3
rm -rf fs
# 制作一个空镜像
dd if=/dev/zero of=./rootfs.ext3 bs=1M count=32
# 将镜像文件格式化成ext3格式
mkfs.ext3 rootfs.ext3
# 创建一个挂载点目录
mkdir fs
# 将空镜像挂载到挂载点
mount -o loop rootfs.ext3 ./fs
# 将根文件系统目录和文件复制到挂载点
cp -rf ./_install/* ./fs
umount ./fs
# 将镜像打包成内核可以识别的格式
gzip --best -c rootfs.ext3 > rootfs.img.gz
启动
apt install qemu-system-x86
$ qemu-system-x86_64 \
# 内核镜像地址
-kernel ./linux-4.9.229/arch/x86_64/boot/bzImage \
# 根文件系统镜像地址
-initrd ./busybox-1.30.0/rootfs.img.gz \
-append "root=/dev/ram init=/linuxrc" \
-serial file:output.txt
参考链接
