助力Linux驱动开发，轻松调试工具 (linux驱动开发调试工具)

Linux作为一种自由和开源的操作系统，被广泛运用在各种领域，包括服务器、移动设备、物联网等。相比于其他操作系统，Linux作为一种开源系统，其驱动最为全面，但也同样面临着许多的开发难题。针对这些问题，我们需要一些助力Linux驱动开发的工具，以便更加轻松地进行开发工作。

Linux驱动开发的瓶颈

对于Linux的驱动开发人员而言，更大的困难在于缺乏完善的调试工具。相比于Windows开发平台，Linux平台的调试工具缺乏，因此在开发中很难进行代码跟踪，和参数调试。这就导致了开发过程中的错误很难定位和修复。另外，由于Linux内核升级比较频繁，在每次升级内核时，都需要重新编译调试驱动程序，这无疑会对驱动的开发效率产生影响。

Linux调试工具的发展现状

随着Linux发展的进程，越来越多的工具被开发出来，用于协助驱动程序的开发和调试。目前，Linux调试工具主要分为以下几类：

1. Trace-cmd

Trace-cmd是一个处理系统跟踪的工具，其中包含了一些可视化实用工具。通过使用Trace-cmd，用户可以确定应用程序和内核活动的期间性、频繁性以及事件之间的相互作用。

2. LTTng

LTTng是一个用于跟踪Linux内核运行的框架和工具。它包含了Linux操作系统内核中各个部分的跟踪点。使用LTTng跟踪的数据可以用于诊断性能问题，分析应用程序行为等。

3. GDB

GDB是GNU调试器，支持C、C++、Fortran、汇编等多种语言，并针对每款语言进行了专门设计。通过GDB，Linux驱动开发者可以进行代码的调试和错误排查。

4. Kdump

Kdump是一个用于捕获操作系统崩溃转储的机制，它包含了多个组件，包括内核、initramfs和kexec-tools等。Kdump可以在捕获转储信息后重启系统，并给出错误报告。

使用调试工具提高Linux驱动开发效率

使用以上调试工具可以帮助开发者解决Linux驱动开发过程中所面临的挑战，同时加速驱动程序开发的过程，提高开发效率。以下是一些调试工具使用的细节和注意事项：

1. Trace-cmd使用细节

Trace-cmd非常适用于对于Linux内核下系统跟踪的分析，可以获取关于内核运行的统计信息，并将其输出成简单的文本格式或其他格式。

2. LTTng使用细节

LTTng可以帮助开发者记录跟踪信息，以便进行分析和调试。使用LTTng，开发者可以记录系统调用、中断等内核事件，并进行分析。

3. GDB使用细节

GDB可以帮助开发者在编译期间的调试过程中定位问题点，通过设置断点等操作进行调试。

4. Kdump使用细节

Kdump可以帮助开发者在出现崩溃或异常时捕获信息，便于进行错误排查。开发者需要注意的是在使用Kdump时需要对硬件和内核版本等条件进行特定设置。

综上，Linux驱动开发需要哪些工具，如何使用这些工具做到高效率、高实用性的开发影响我们的音频、视频、直播、、物联网等等领域，也决定了我们的信息化建设水平。因此，在接下来的Linux驱动开发中，我们需要重视调试工具的使用和探索，以达到更好的开发效率以及产品质量。

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如何编写Linux设备驱动程序

如何编写Linux设备驱动程序

回想学习Linux操作系统已经有近一年的时间了，前前后后，零零碎碎的一路学习过来，也该试着写的东西了。也算是给自己能留下一点记忆和回忆吧！由于完全是自学的，以下内容若有不当之处，还请大家多指教。

Linux是Unix操作系统的一种变种，在Linux下编写驱动程序的原理和思想完全类似于其他的Unix系统，但它dos或window环境下的驱动程序有很大的区别。在Linux环境下设计驱动慧肢程序，思想简洁，操作方便，功能也很强大，但是支持函数少，只能依赖kernel中的函数，有些常用的操作要自己来编写，而且调试也不方便。

以下的一些文字主要来源于khg，johnsonm的Write linux device driver，Brennan’s Guide to Inline Assembly，The Linux A-Z，还有清华BBS上的有关device driver的一些资料。

一、Linux device driver 的概念

　　系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能:

　　1、对设备初始化和释放。

　　2、把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据。

　　3、读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据。

　　4、检测和处理设备出现的错误。

　　在Linux操作系统下有三类主要的设备文件类型，一是字符设备，二是块设备，三是网络设备。字符设备和块设备的主要区别是:在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的CPU时间来等待。

　　已经提到，用户进程是通过设备文件来与慧唯实际的硬件打交道。每个设备文件都都有其文件属性(c/b)，表示是字符设备还是块设备?另外前碧世每个文件都有两个设备号，之一个是主设备号，标识驱动程序，第二个是从设备号，标识使用同一个设备驱动程序的不同的硬件设备，比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。设备文件的的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号一致，否则用户进程将无法访问到驱动程序。

　　最后必须提到的是，在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先式调度。也就是说，系统必须在你的驱动程序的子函数返回后才能进行其他的工作。如果你的驱动程序陷入死循环，不幸的是你只有重新启动机器了，然后就是漫长的fsck。

　　读/写时，它首先察看缓冲区的内容，如果缓冲区的数据未被处理，则先处理其中的内容。

　　如何编写Linux操作系统下的设备驱动程序

　　二、实例剖析

我们来写一个最简单的字符设备驱动程序。虽然它什么也不做，但是通过它可以了解Linux的设备驱动程序的工作原理。把下面的C代码输入机器，你就会获得一个真正的设备驱动程序。

#define __NO_VERSION__

#include

#include

　　char kernel_version = UTS_RELEASE;

　　这一段定义了一些版本信息，虽然用处不是很大，但也必不可少。Johnsonm说所有的驱动程序的开头都要包含，一般来讲更好使用。

　　由于用户进程是通过设备文件同硬件打交道，对设备文件的操作方式不外乎就是一些系统调用，如 open，read，write，close…， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系统调用和驱动程序关联起来呢?这需要了解一个非常关键的数据结构：

struct file_operations

{

int (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);

int (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);

int (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);

int (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);

int (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);

int (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);

int (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);

int (*open) (struct inode * ，struct file *);

int (*release) (struct inode * ，struct file *);

int (*fsync) (struct inode * ，struct file *);

int (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);

int (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);

int (*revalidate) (dev_t dev);

}

　　这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用在对设备文件进行诸如read/write操作时，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数。这是linux的设备驱动程序工作的基本原理。既然是这样，则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充file_operations的各个域。

　　下面就开始写子程序。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

unsigned int test_major = 0;

static int read_test(struct inode *node，struct file *file，char *buf，int count)

{

int left;

if (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )

return -EFAULT;

for(left = count ; left > 0 ; left–)

{

__put_user(1，buf，1);

buf++;

}

return count;

}

这个函数是为read调用准备的。当调用read时，read_test()被调用，它把用户的缓冲区全部写1。buf 是read调用的一个参数。它是用户进程空间的一个地址。但是在read_test被调用时，系统进入核心态。所以不能使用buf这个地址，必须用__put_user()，这是kernel提供的一个函数，用于向用户传送数据。另外还有很多类似功能的函数。请参考Robert著的《Linux内核设计与实现》（第二版）。然而，在向用户空间拷贝数据之前，必须验证buf是否可用。这就用到函数verify_area。

static int write_(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)

{

return count;

}

static int open_(struct inode *inode，struct file *file )

{

MOD_INC_USE_COUNT;

return 0;

}

static void release_(struct inode *inode，struct file *file )

{

MOD_DEC_USE_COUNT;

}

　　这几个函数都是空操作。实际调用发生时什么也不做，他们仅仅为下面的结构提供函数指针。

struct file_operations test_fops = {

NULL，

read_test，

write_test，

NULL， /* test_readdir */

NULL，

NULL， /* test_ioctl */

NULL， /* test_mmap */

open_test，

release_test，

NULL， /* test_fsync */

NULL， /* test_fasync */

/* nothing more， fill with NULLs */

};

　　这样，设备驱动程序的主体可以说是写好了。现在要把驱动程序嵌入内核。驱动程序可以按照两种方式编译。一种是编译进kernel，另一种是编译成模块(modules)，如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态的卸载，不利于调试，所以推荐使用模块方式。

int init_module(void)

{

int result;

result = register_chrdev(0， “test”， &test_fops);

if (result

#include

#include

#include

main()

{

int testdev;

int i;

char buf;

testdev = open(“/dev/test”，O_RDWR);

if ( testdev == -1 )

{

printf(“Cann’t open file \n”);

exit(0);

}

read(testdev，buf，10);

for (i = 0; i

printf(“%d\n”，buf);