LV06-02-内核模块-02-内核模块的编译

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本文主要是内核模块——内核模块编译的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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Source Code https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source linux kernel源码
https://elixir.bootlin.com/u-boot/latest/source uboot源码

一、内核模块怎么编写？

这里我们以一个最简单的字符设备为例，先来了解一下大概的流程，后续再继续详细学习。

1. 模块源文件

我们需要编写一个模块源文件用于测试：

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel
cd drivers/char

可以看到这里有很多的源文件：

image-20241117130956701

我们就在这里新建hello_world_demo.c源文件，并添加以下内容：

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#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>     /* module_init module_exit */
#include <linux/module.h>   /* MODULE_LICENSE */


// 模块入口函数
int __init hello_world_demo_init(void)
{
    printk("hello_world_demo module is running!\n");
	return 0;
}

// 模块出口函数
void __exit hello_world_demo_exit(void)
{
	printk("hello_world_demo will exit\n");
}

// 将__init定义的函数指定为驱动的入口函数
module_init(hello_world_demo_init);


// 将__exit定义的函数指定为驱动的出口函数
module_exit(hello_world_demo_exit);

/* 模块信息(通过 modinfo hello_world_demo 查看) */
MODULE_LICENSE("GPL");               /* 源码的许可证协议 */
MODULE_AUTHOR("sumu");               /* 字符串常量内容为模块作者说明 */
MODULE_DESCRIPTION("Description");   /* 字符串常量内容为模块功能说明 */
MODULE_ALIAS("module's other name"); /* 字符串常量内容为模块别名 */

2. Kconfig修改

此步骤可以向linux的图形配置界面添加新功能配置选项。

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cd  driver/char/                      # 进入hello_world_demo.c的同级目录
vim Kconfig                           # 打开相关配置文件

找到如下语句：

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source "drivers/tty/Kconfig"

在该语句下边添加以下内容：

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config MY_HELLO
	tristate "This is my hello test!"
	help
		This is a test for kernel new function
image-20241117145426338

然后保存退出即可，我们可以试一下有什么效果，我们回到顶层源码目录下，打开图形配置界面：

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

我们按以下层级找到我们新添加的配置项：

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Device Drivers  --->
        Character devices  --->
            < > This is my hello_world_demo module load test! (NEW)

如下图所示：

image-20241117145605191

我们在这里，光标移动到新增加的配置项，按空格键，前面尖括号中的符号就会发生改变，*表示编译进内核，M表示编译成内核模块。这个分别对应两种加载方式，后面我们再讨论。

3. Makefile修改

我们添加了新源码文件，自然要参与编译的，我们打开hello_world_demo.c同级目录下的Makefile：

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vim drivers/char/Makefile

我么在这里面添加一句：

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obj-$(CONFIG_MY_HELLO)          += hello_world_demo.o
image-20241117133027783

【注意】这里需要是CONFIG_xxx，这个xxx就是上边修改Kconfig的时候添加的config MY_HELLO的MY_HELLO。这样的话后面我们需要在内核的图形配置界面打开这个模块，才能进行编译。

二、模块的编译

模块的编译有两种方式：一种是直接编译进内核，这样就只会生成一个中间文件.o，另一种是编译成单独的内核模块，会生成一个.ko文件。

1. 编译进内核

1.1 配置编译方式

这个我们在kernel的图形配置界面进行配置，我们这里打开linux内核图形配置界面：

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

然后就会打开图形配置界面，我们按照下面的配置项路径找到刚才新增的配置项，选中后按空格键，将新功能前面尖括号的标识改为*，这就表示将新功能编译到内核中：

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Device Drivers  --->
        Character devices  --->
            <*> This is my hello_world_demo module load test!

效果是这样的：

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.config - Linux/arm 4.19.71 Kernel Configuration
> Device Drivers > Character devices ─────────────────────────────────────────
 ┌─────────────────────────── Character devices ───────────────────────────┐
 │  Arrow keys navigate the menu.  <Enter> selects submenus ---> (or empty │  
 │  submenus ----).  Highlighted letters are hotkeys.  Pressing <Y>        │  
 │  includes, <N> excludes, <M> modularizes features.  Press <Esc><Esc> to │  
 │  exit, <?> for Help, </> for Search.  Legend: [*] built-in  [ ]         │  
 │ ┌────^(-)─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │  
 │ │    [*]   Unix98 PTY support                                         │ │  
 │ │    [ ]   Legacy (BSD) PTY support                                   │ │  
 │ │    [ ]   Non-standard serial port support                           │ │  
 │ │    < >   HSDPA Broadband Wireless Data Card - Globe Trotter         │ │  
 │ │    < >   GSM MUX line discipline support (EXPERIMENTAL)             │ │  
 │ │    < >   Trace data sink for MIPI P1149.7 cJTAG standard            │ │  
 │ │    [*]   Automatically load TTY Line Disciplines                    │ │  
 │ │    <*> This is my hello_world_demo module load test!                │ │  
 │ │    [*] /dev/mem virtual device support                              │ │  
 │ │    [ ] /dev/kmem virtual device support                             │ │  
 │ └────v(+)─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │  
 ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤  
 │        <Select>    < Exit >    < Help >    < Save >    < Load >         │  
 └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

然后我们选择保存，最后退出即可。然后我们可以看一下.config文件的变化：

image-20241117145759071

1.2 编译内核源码

我们不需要清空之前的配置文件，直接重新编译即可，注意这里不要执行这个使用默认配置文件的命令：

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make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_alpha_emmc_defconfig

若是执行了，我们前面的配置就会被清空，需要重新在图形界面配置。

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# make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean # 这个清理的命令可以不执行
make V=0 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage -j16 # 只编译内核

编译完毕后如下：

image-20241117150330450

我们看一下drivers/char目录，可以看到这里只生成了一个.o文件：

image-20241117152548998

1.3 启动测试

因为这个是直接编译进内核源码的，在启动的时候我们不需要做任何操作，不需要像后面独立模块一样需要用一些加载命令去加载，内核就会自动加载这个新功能，这里我们可以直接试一下：

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cp arch/arm/boot/zImage ~/3tftp/ #将编译出来带有hello_world_demo功能的镜像拷贝到tftp服务器

然后我们启动开发板，之前设置的从tftp下载zImage，所以这里我们直接拷贝到tftp服务器目录下即可，启动后我们可以看到打印日志：

image-20241117153042631

2. 编译成独立模块

新功能源码与内核其它源码不一起编译，而是独立编译成内核的插件(被称为内核模块）文件.ko。然后可以通过一些命令进行插入或者卸载这个内核模块。

这种编译方式又有两种形式，主要是根据我们的模块源码位置来区分，我们可以在linux内核源码中编写模块的源码然后编译，这种方式显然不利于我们对多个模块源码的管理。内核模块的源码可以在linux内核源码外，通过调用内核源码相关的内容完成对独立模块的编译，第二种显然更利于我们对驱动模块源码的管理。接下来我们就来看一看这两种编译方式怎么实现。

2.1 模块源码在linux内核源码中

2.1.1 配置编译方式

我们还是使用上边的源文件hello_world_demo.c，该文件还是包含在linux内核源码中，这一次我们配置编译方式为另外一种：

修改新功能编译方式

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

然后将新功能前边配置改为M，表示编译成独立的模块：

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Device Drivers  --->
        Character devices  --->
            <M> This is my hello_world_demo module load test!

最后效果是这样的：

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.config - Linux/arm 4.19.71 Kernel Configuration
> Device Drivers > Character devices ─────────────────────────────────────────
 ┌─────────────────────────── Character devices ───────────────────────────┐
 │  Arrow keys navigate the menu.  <Enter> selects submenus ---> (or empty │  
 │  submenus ----).  Highlighted letters are hotkeys.  Pressing <Y>        │  
 │  includes, <N> excludes, <M> modularizes features.  Press <Esc><Esc> to │  
 │  exit, <?> for Help, </> for Search.  Legend: [*] built-in  [ ]         │  
 │ ┌────^(-)─────────────────────────────────────────────────────────────┐ │  
 │ │    [ ]   Non-standard serial port support                           │ │  
 │ │    < >   HSDPA Broadband Wireless Data Card - Globe Trotter         │ │  
 │ │    < >   GSM MUX line discipline support (EXPERIMENTAL)             │ │  
 │ │    < >   Trace data sink for MIPI P1149.7 cJTAG standard            │ │  
 │ │    [*]   Automatically load TTY Line Disciplines                    │ │  
 │ │    <M> This is my hello_world_demo module load test!                │ │  
 │ │    [*] /dev/mem virtual device support                              │ │  
 │ │    [ ] /dev/kmem virtual device support                             │ │  
 │ │        Serial drivers  --->                                         │ │  
 │ │    <*> Serial device bus  --->                                      │ │  
 │ └────v(+)─────────────────────────────────────────────────────────────┘ │  
 ├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤  
 │        <Select>    < Exit >    < Help >    < Save >    < Load >         │  
 └─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

我们来看一下配置文件.config的变化：

image-20241117153159666

2.1.2 编译内核

这里我们需要重新编译内核，主要是去掉之前内核镜像中带的hello_world_demo模块，到后面编译成独立模块的时候，就不需要吧镜像完整的编译一遍了。

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel # 回到顶层源码目录下
make V=0 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage -j16 # 只编译内核

用重新编译过的这个镜像的话，再在开发板上启动就不会有我们demo中打印的相关信息了。

2.1.3 编译模块

接下来我们编译模块：

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cd ~/7Linux/imx6ull-kernel  # 回到顶层源码目录下
make V=0 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules -j16        # 编译模块

不出意外的话我们应该可以看到以下打印信息：

image-20241117154215365

会发现这里是在生成各种ko文件。我们自己的模块呢？这里也有：

image-20241117154309446

我们来看一下drivers/char目录：

image-20241117154418513

会发现这里生成了一个ko文件，这就是我们最后要的独立模块。

2.2 模块源码独立在其他目录

这样每次都要使用 linux 源码目录下操作，文件也太多了，而且，这样会把所有的内核模块都编译一遍，还是很麻烦的。我们现在尝试在其他的目录单独创建模块驱动源码文件，然后调用linux源码进行编译，生成我们所需要的.ko内核模块文件。

注意：这种方式就不需要linux的图形界面的各种配置了。

2.2.1 源码编写

  • （1）新建一个目录用于存放我们的模块源码
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mkdir ~/imx6ull-driver-demo/02_module_load/out_of_source # 新建一个目录
cd ~/imx6ull-driver-demo/02_module_load/out_of_source    # 进入相应目录

这里随便自定义一个目录就是了，都一样的。

  • （2）编写模块源码文件

这里我直接拷贝之前的文件到这里来：

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cp ~/7Linux/imx6ull-kernel/drivers/char/hello_world_demo.c .

2.2.2 Makefile文件编写

点击查看 Makefile 文件内容 
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# 模块名和模块测试APP名称
MODULE_NAME       := hello_world_demo
# NFS 共享目录
TFTP_SERVER       ?= ~/3tftp
NFS_SERVER        ?= ~/4nfs

TFTP_DIR          ?= $(TFTP_SERVER)
ROOTFS            ?= $(NFS_SERVER)/imx6ull_rootfs

ifeq ($(KERNELRELEASE),)

# 选择可执行文件运行的平台
KERNELDIR        ?= ~/7Linux/imx6ull-kernel

PWD              := $(shell pwd)
# 编译模块和测试程序
modules:
	$(MAKE) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

.PHONY: clean
clean:
	rm -rf  *.o  *.ko  .*.cmd  *.mod.*  modules.order  Module.symvers   .tmp_versions .cache.mk

help:
	@echo "\033[1;32m================================ Help ================================\033[0m"
	@echo "Ubuntu may need to add sudo:"
	@echo "dmesg                     # View information printed by the kernel"
	@echo "file <module_name>.ko     # View \".Ko\" file information"
	@echo "make ARCH=arm             # arm platform"
	@echo "\033[1;32m======================================================================\033[0m"

print:
	@echo "KERNELDIR = $(KERNELDIR)"

else
CONFIG_MODULE_SIG = n
obj-m            += $(MODULE_NAME).o
endif

2.2.3 编译模块

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make          # 编译模块

不出意外的话应该会有这些提示信息出现：

image-20241117160148522

然后我们看一下当前目录下都有哪些文件：

image-20241117160252648

发现这里生成了一堆的中间文件，同样生成了我们所需要的ko文件。