寫驅動程式所需的技能

我個人寫過很多種作業系統的驅動程式，但是寫驅動程式對一般寫程式的人員而言是一個非常神秘的事，不知道如何著手，也不知道需要那些技能，這邊就來談談這方面的事，好讓有心要寫驅動程式的人員才知道如何準備。

首先當然 C 要很熟，以前的人在寫 Linux 驅動程式時總是喜歡用較艱深的語法來寫，造成其他的人很難理解，現在則是𣎴會這樣了，大家都會用較簡易的方式來寫，所以如何來檢視自己的 C 是否熟悉，找出 Linux 驅動程式一個約有 100 行的程式碼，在10～20 分鐘之內將其看完，即可了解其程式羅輯，甚至其中若有錯誤也可將其指出，以及該程式的優缺點，那你的 C 就夠熟了。再者驅動程式中用很多的 function pointer 以及資料結構，另外對 pointer 也用的很多，所以這方面的 C 都要很熟悉，將會對於寫驅動程式有很大的幫助。

再來需要的技能就比較有點麻煩，因為是寫驅動程式，所以對硬體要有一點認識，舉例來說如果你要寫的是硬碟驅動程式，你當然得對硬碟的一些硬體動作或者行為必須有所了解，因為驅動程式就是在控制硬體行為，如此你才能知道如何去控制硬體才是正確的，又如你寫的是 Ethernet 驅動程式，你必須對於 Ethernet 的硬體行為以及基本的操作要有所了解，如此當你在寫它的驅動程式時，才能了解為何其硬體行為如何，出來的結果才知道正確或不正確，再者對於通訊協議的驅動程式，你可能對其協議內容也要有所了解，這樣對正確性以及除錯都有所幫助， 另外在做自我測試時才能知道如何架設測試環境，所有的軟體一定都要經過嚴謹的測試，才能確定其一定的正確性，尤其是在硬體的驅動程式，因為硬體有相容性的問題，而這些問題可能都需要經過軟體，以及硬體環境的架設才能得到正確的測試，而對硬體的了解都有助於你開發驅動程式的優質化。

另外的一個知識則是對作業系統的了解，驅動程序它要利用 kernel 所提供的 API 來和系統合作，所以它也可以說是作業系統的一部分，而且它是運行在系統中，因此如果驅動寫的不好，是會造成系統當掉，或者不穩定等等，所以對於該系統的一些內部行為要有所了解，如此也才能和系統好好地合作。另外一個的知識是系統了解，是在開完機之後的系統了解，如何設定系統，如果你的驅動程式是給系統管理用的，那你就要了解如何使用它，如此測試才能確保你的驅動是正確的，你也必須很清楚地了解，你的驅動程式到底是在何時載入系統的，這樣才能確保它可以正常地運行你的驅動程式。

這時則是我們最常説的，需要了解作業業系統的驅動程式要如何撰寫，每個作業系統的驅動程式架構都不太一樣，所以我們必須去了解它，但是在Linux中有一個好處，就是你可以取得所有的驅動程式原始碼，因此你可以參考其他人的程式，方便你快速了解，再者驅動程式所呼叫的API，和應用程式完全不同，因此你需要全部重新了解以及知道。

最後則是應用程式的了解，也就是要會寫應用程式來測試你的驅動程式，前面有提過驅動程式通常是給應用程式用的，為了要確保你的驅動程式是没有問題，你必須自己先寫一些應用測試程式來測你的驅動程式，當然如果你所在的單位有專門的測試單位，你可以讓測試單位來協助你測試，不過我還是建議自己還是先測試有没有問題，再交給測試單位測試，我想這是對自己的程式負責的態度。

結論我再一次條例式列出寫驅程式所需的技巧：

• C 語言的熟悉
• 作業系統的了解
• 硬體的了解
• 了解如何撰寫驅動程式
• 作業系統的操作的了解
• 應用程式的撰寫

以上是我個人認為要寫好一個驅動程式所必要的條件，通常我們要會寫一個驅動程式不太難，但是要寫好一個驅動程式就不太容易，所謂一個好的驅動程式，有幾個必要條件，第一要穩定，就是在任何情況下都不會當掉，第二就是要好維護，不要讓後面接手的人看不懂你的程式，也不知道要如何修改，第三就是要容易除錯，最後希望大家都能夠寫好一個驅動程式。

如何撰寫Driver支援proc檔案系統

前言

在Linux的系統中，通常我們都會有一個目錄 – proc，其實它是一個虛擬的記憶體檔案系統，它通常是一個應用程式和kernel直接溝通的一個介面，它是由各個driver所產生，換另一句話就是要Driver有撰寫才會有這樣的功能，另外其檔名及內容都是driver自行解決，目前主要都是來設定driver自己本身的一些功能，這樣可以讓驅動程式更多元化，或者可以讀取驅動程式現在的情形為何，這可以來維護系統的運作，現在有很多驅動程式已經支援這個功能，所以有許多的系統管理程式，也是透過這個介面來管理系統核心。現在我們來介紹如何在driver中撰這些程式碼。

如何啓動這個目錄

因為它是一個虛擬的記憶體檔案系統，所以將使用Linux系統中管理檔案系統一樣的方法，就是使用mount的指令將其掛載在作業系統的檔案系統中，以下為單獨載入的指令：

> mount –t proc proc /porc

另外在kernel的選項中必須要啓動以下選項：

CONFIG_PROC_FS=y

CONFIG_PROC_SYSCTL=y

Kernel API

在介紹如何撰寫前，先來了解有那些kernel API可供使用，其所用的include file是，而API如下：

struct proc_dir_entry *create_proc_entry(const char *name, mode_t mode, struct proc_dir_entry *parent)

這是建立一個在相對目錄之下的一個檔名或目錄，其input/output說明如下：

Input :

const char *name – 想要建立的檔名，相對於後面的parent的目錄之下，若後面的parent為NULL，則其相對目錄為/proc之下，另外這個檔名也可以包含目錄。

mode_t mode – 前面所要建立之名稱為檔案或者是目錄，0為檔案，S_IFDIR為目錄。

struct proc_dir_entry *parent – 這次要建立的檔名或者目錄，其上層的目錄為何，若這個參數為NULL則表示為/proc目錄。

Output :

其返回值為一個資料結構的位址point，這個資料結構會在後面介紹，這個point位址將會給予保留，因為我們需要在其中幾個call back欄位填入我們要實現的功能，也就是提供給AP如何溝通的介面。

void remove_proc_entry(const char *name, struct proc_dir_entry *parent);

這是移除已建立的檔案或目錄，其中輸入的參數皆和建立時相同。

以下為一個簡單的範例：

struct proc_dir_entry *MyProcEntry;

MyProcEntry = create_proc_entry(“driver/myproc”, 0, NULL);

MyProcEntry->read = MyProcRead;

MyProcEntry->write = MyProcWrite;

……………………………….

remove_proc_entry(“driver/myproc”, NULL);

資料結構

如前面所提，其中最重要的資料結構宣告如下：

struct proc_dir_entry {

        unsigned int low_ino;

        unsigned short namelen;

        const char *name;

        mode_t mode;

        nlink_t nlink;

        uid_t uid;

        gid_t gid;

        loff_t size;

        const struct inode_operations *proc_iops;

        /*

         * NULL ->proc_fops means "PDE is going away RSN" or

         * "PDE is just created". In either case, e.g. ->read_proc won't be

         * called because it's too late or too early, respectively.

         *

         * If you're allocating ->proc_fops dynamically, save a pointer

         * somewhere.

         */

        const struct file_operations *proc_fops;

        struct proc_dir_entry *next, *parent, *subdir;

        void *data;

        read_proc_t *read_proc;

        write_proc_t *write_proc;

        atomic_t count;         /* use count */

        int pde_users;  /* number of callers into module in progress */

        spinlock_t pde_unload_lock; /* proc_fops checks and pde_users bumps */

        struct completion *pde_unload_completion;

        struct list_head pde_openers;   /* who did ->open, but not ->release */

};

在這個資料結構中有兩個重要的call back function，一個是read_proc，另一個是write_proc，其實就是寫入及讀出。以下為其簡單的範例：

static int      my_read_proc(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)

{

        char    *out = page;

        int     len;

        dbg_printk("page=0x%p,off=0x%x,count=%d\n", page, off, count);

        out += sprintf(out, "This is a read proc testing.\n");

        dbg_printk("out=0x%p\n", out);

        len = out - page - off;

        dbg_printk("len=%d,out=0x%p\n", len, out);

        if (len < count)  {

                *eof = 1;

                if (len <= 0)

                        return 0;

        }  else

                len = count;

        *start = page + off;

        dbg_printk("start=0x%p\n", start);

        return len;

}

static int      my_write_proc(struct file *file, const char __user *buffer, unsigned long count, void *data)

{

        char    *buf;

        dbg_printk("count=%d\n", count);

        buf = kmalloc(count+1, GFP_KERNEL);

        if ( copy_from_user(buf, (char*)buffer , count) ) {

                kfree(buf);

                return -EFAULT;

        }

        buf[count] = 0;

        dbg_printk("string=%s\n", buf);

        kfree(buf);

        return count;

}

在read call back function中所傳入的page為要存放輸出內容的buffer所在page address，其off為相對於page的offset位置，通常為0，不管read or write其所return的值為實際處理的大小，因為其處理方式為page的方式，所以一次可處理的資料不會大於一個page的大小，現在default值為4096bytes，以上的範例若是成功將可以產生一個虛擬檔案/proc/driver/myproc，你將可以使用簡單的echo & cat來對其做讀寫的動作。