在智能手機(jī)時代，每個品牌的手機(jī)都有自己的個性特點。正是依靠這種與眾不同的個性來吸引用戶，營造品牌凝聚力和用戶忠城度，典型的代表非iphone莫屬了。據(jù)統(tǒng)計，截止2011年5月，AppStore的應(yīng)用軟件數(shù)量達(dá)381062個，位居第一，而Android Market的應(yīng)用軟件數(shù)量達(dá)294738，緊隨AppStore后面，并有望在8月份越過AppStore。隨著Android系統(tǒng)逐步擴(kuò)大市場占有率，終端設(shè)備的多樣性亟需更多的移動開發(fā)人員的參與。據(jù)業(yè)內(nèi)統(tǒng)計，Android研發(fā)人才缺口至少30萬。目前，對Android人才需求一類是偏向硬件驅(qū)動的Android人才需求，一類是偏向軟件應(yīng)用的Android人才需求。總的來說，對有志于從事Android硬件驅(qū)動的開發(fā)工程師來說，現(xiàn)在是一個大展拳腳的機(jī)會。那么，就讓我們一起來看看如何為Android系統(tǒng)編寫內(nèi)核驅(qū)動程序吧。
這里，我們不會為真實的硬件設(shè)備編寫內(nèi)核驅(qū)動程序。為了方便描述為Android系統(tǒng)編寫內(nèi)核驅(qū)動程序的過程，我們使用一個虛擬的硬件設(shè)備，這個設(shè)備只有一個4字節(jié)的寄存器，它可讀可寫。想起我們第一次學(xué)習(xí)程序語言時，都喜歡用“Hello, World”作為例子，這里，我們就把這個虛擬的設(shè)備命名為“hello”，而這個內(nèi)核驅(qū)動程序也命名為hello驅(qū)動程序。其實，Android內(nèi)核驅(qū)動程序和一般Linux內(nèi)核驅(qū)動程序的編寫方法是一樣的，都是以Linux模塊的形式實現(xiàn)的，具體可參考前面Android學(xué)習(xí)啟動篇一文中提到的Linux Device Drivers一書。不過，這里我們還是從Android系統(tǒng)的角度來描述Android內(nèi)核驅(qū)動程序的編寫和編譯過程。
一. 參照前面兩篇文章Android源碼 在Ubuntu上下載,編譯和安裝和在Android內(nèi)核源碼 在Ubuntu上下載,編譯,安裝（Linux Kernel）準(zhǔn)備好Android內(nèi)核驅(qū)動程序開發(fā)環(huán)境。
二. 進(jìn)入到kernel/common/drivers目錄，新建hello目錄：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ cd kernel/common/drivers
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common/drivers$ mkdir hello
三. 在hello目錄中增加hello.h文件：
#ifndef _HELLO_ANDROID_H_#define _HELLO_ANDROID_H_#include <linux/cdev.h>#include <linux/semaphore.h>#define HELLO_DEVICE_NODE_NAME "hello"#define HELLO_DEVICE_FILE_NAME "hello"#define HELLO_DEVICE_PROC_NAME "hello"#define HELLO_DEVICE_CLASS_NAME "hello"struct hello_android_dev { int val; struct semaphore sem; struct cdev dev;};#endif這個頭文件定義了一些字符串常量宏，在后面我們要用到。此外，還定義了一個字符設(shè)備結(jié)構(gòu)體hello_android_dev，這個就是我們虛擬的硬件設(shè)備了，val成員變量就代表設(shè)備里面的寄存器，它的類型為int，sem成員變量是一個信號量，是用同步訪問寄存器val的，dev成員變量是一個內(nèi)嵌的字符設(shè)備，這個Linux驅(qū)動程序自定義字符設(shè)備結(jié)構(gòu)體的標(biāo)準(zhǔn)方法。
四.在hello目錄中增加hello.c文件，這是驅(qū)動程序的實現(xiàn)部分。
驅(qū)動程序的功能主要是向上層提供訪問設(shè)備的寄存器的值，包括讀和寫。這里，提供了三種訪問設(shè)備寄存器的方法，一是通過proc文件系統(tǒng)來訪問，二是通過傳統(tǒng)的設(shè)備文件的方法來訪問，三是通過devfs文件系統(tǒng)來訪問。下面分段描述該驅(qū)動程序的實現(xiàn)。
首先是包含必要的頭文件和定義三種訪問設(shè)備的方法：
#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/types.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/proc_fs.h>#include <linux/device.h>#include <asm/uaccess.h>#include "hello.h"/*主設(shè)備和從設(shè)備號變量*/static int hello_major = 0;static int hello_minor = 0;/*設(shè)備類別和設(shè)備變量*/static struct class* hello_class = NULL;static struct hello_android_dev* hello_dev = NULL;/*傳統(tǒng)的設(shè)備文件操作方法*/static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp);static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp);static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos);/*設(shè)備文件操作方法表*/static struct file_operations hello_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_open, .release = hello_release, .read = hello_read, .write = hello_write, };/*訪問設(shè)置屬性方法*/static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf);static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count);/*定義設(shè)備屬性*/static DEVICE_ATTR(val, S_IRUGO | S_IWUSR, hello_val_show, hello_val_store); 定義傳統(tǒng)的設(shè)備文件訪問方法，主要是定義hello_open、hello_release、hello_read和hello_write這四個打開、釋放、讀和寫設(shè)備文件的方法：
/*打開設(shè)備方法*/static int hello_open(struct inode* inode, struct file* filp) { struct hello_android_dev* dev; /*將自定義設(shè)備結(jié)構(gòu)體保存在文件指針的私有數(shù)據(jù)域中，以便訪問設(shè)備時拿來用*/ dev = container_of(inode->i_cdev, struct hello_android_dev, dev); filp->private_data = dev; return 0;}/*設(shè)備文件釋放時調(diào)用，空實現(xiàn)*/static int hello_release(struct inode* inode, struct file* filp) { return 0;}/*讀取設(shè)備的寄存器val的值*/static ssize_t hello_read(struct file* filp, char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { ssize_t err = 0; struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count < sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將寄存器val的值拷貝到用戶提供的緩沖區(qū)*/ if(copy_to_user(buf, &(dev->val), sizeof(dev->val))) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val);out: up(&(dev->sem)); return err;}/*寫設(shè)備的寄存器值val*/static ssize_t hello_write(struct file* filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t* f_pos) { struct hello_android_dev* dev = filp->private_data; ssize_t err = 0; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } if(count != sizeof(dev->val)) { goto out; } /*將用戶提供的緩沖區(qū)的值寫到設(shè)備寄存器去*/ if(copy_from_user(&(dev->val), buf, count)) { err = -EFAULT; goto out; } err = sizeof(dev->val);out: up(&(dev->sem)); return err;}定義通過devfs文件系統(tǒng)訪問方法，這里把設(shè)備的寄存器val看成是設(shè)備的一個屬性，通過讀寫這個屬性來對設(shè)備進(jìn)行訪問，主要是實現(xiàn)hello_val_show和hello_val_store兩個方法，同時定義了兩個內(nèi)部使用的訪問val值的方法__hello_get_val和__hello_set_val：
/*讀取寄存器val的值到緩沖區(qū)buf中，內(nèi)部使用*/static ssize_t __hello_get_val(struct hello_android_dev* dev, char* buf) { int val = 0; /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } val = dev->val; up(&(dev->sem)); return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%d/n", val);}/*把緩沖區(qū)buf的值寫到設(shè)備寄存器val中去，內(nèi)部使用*/static ssize_t __hello_set_val(struct hello_android_dev* dev, const char* buf, size_t count) { int val = 0; /*將字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)字*/ val = simple_strtol(buf, NULL, 10); /*同步訪問*/ if(down_interruptible(&(dev->sem))) { return -ERESTARTSYS; } dev->val = val; up(&(dev->sem)); return count;}/*讀取設(shè)備屬性val*/static ssize_t hello_val_show(struct device* dev, struct device_attribute* attr, char* buf) { struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev); return __hello_get_val(hdev, buf);}/*寫設(shè)備屬性val*/static ssize_t hello_val_store(struct device* dev, struct device_attribute* attr, const char* buf, size_t count) { struct hello_android_dev* hdev = (struct hello_android_dev*)dev_get_drvdata(dev); return __hello_set_val(hdev, buf, count);} 定義通過proc文件系統(tǒng)訪問方法，主要實現(xiàn)了hello_proc_read和hello_proc_write兩個方法，同時定義了在proc文件系統(tǒng)創(chuàng)建和刪除文件的方法hello_create_proc和hello_remove_proc：
/*讀取設(shè)備寄存器val的值，保存在page緩沖區(qū)中*/static ssize_t hello_proc_read(char* page, char** start, off_t off, int count, int* eof, void* data) { if(off > 0) { *eof = 1; return 0; } return __hello_get_val(hello_dev, page);}/*把緩沖區(qū)的值buff保存到設(shè)備寄存器val中去*/static ssize_t hello_proc_write(struct file* filp, const char __user *buff, unsigned long len, void* data) { int err = 0; char* page = NULL; if(len > PAGE_SIZE) { printk(KERN_ALERT"The buff is too large: %lu./n", len); return -EFAULT; } page = (char*)__get_free_page(GFP_KERNEL); if(!page) { printk(KERN_ALERT"Failed to alloc page./n"); return -ENOMEM; } /*先把用戶提供的緩沖區(qū)值拷貝到內(nèi)核緩沖區(qū)中去*/ if(copy_from_user(page, buff, len)) { printk(KERN_ALERT"Failed to copy buff from user./n"); err = -EFAULT; goto out; } err = __hello_set_val(hello_dev, page, len);out: free_page((unsigned long)page); return err;}/*創(chuàng)建/proc/hello文件*/static void hello_create_proc(void) { struct proc_dir_entry* entry; entry = create_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, 0, NULL); if(entry) { entry->owner = THIS_MODULE; entry->read_proc = hello_proc_read; entry->write_proc = hello_proc_write; }}/*刪除/proc/hello文件*/static void hello_remove_proc(void) { remove_proc_entry(HELLO_DEVICE_PROC_NAME, NULL);}最后，定義模塊加載和卸載方法，這里只要是執(zhí)行設(shè)備注冊和初始化操作：
static int __hello_setup_dev(struct hello_android_dev* dev) { int err; dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor); memset(dev, 0, sizeof(struct hello_android_dev)); cdev_init(&(dev->dev), &hello_fops); dev->dev.owner = THIS_MODULE; dev->dev.ops = &hello_fops; /*注冊字符設(shè)備*/ err = cdev_add(&(dev->dev),devno, 1); if(err) { return err; } /*初始化信號量和寄存器val的值*/ init_MUTEX(&(dev->sem)); dev->val = 0; return 0;}/*模塊加載方法*/static int __init hello_init(void){ int err = -1; dev_t dev = 0; struct device* temp = NULL; printk(KERN_ALERT"Initializing hello device./n"); /*動態(tài)分配主設(shè)備和從設(shè)備號*/ err = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, HELLO_DEVICE_NODE_NAME); if(err < 0) { printk(KERN_ALERT"Failed to alloc char dev region./n"); goto fail; } hello_major = MAJOR(dev); hello_minor = MINOR(dev); /*分配helo設(shè)備結(jié)構(gòu)體變量*/ hello_dev = kmalloc(sizeof(struct hello_android_dev), GFP_KERNEL); if(!hello_dev) { err = -ENOMEM; printk(KERN_ALERT"Failed to alloc hello_dev./n"); goto unregister; } /*初始化設(shè)備*/ err = __hello_setup_dev(hello_dev); if(err) { printk(KERN_ALERT"Failed to setup dev: %d./n", err); goto cleanup; } /*在/sys/class/目錄下創(chuàng)建設(shè)備類別目錄hello*/ hello_class = class_create(THIS_MODULE, HELLO_DEVICE_CLASS_NAME); if(IS_ERR(hello_class)) { err = PTR_ERR(hello_class); printk(KERN_ALERT"Failed to create hello class./n"); goto destroy_cdev; } /*在/dev/目錄和/sys/class/hello目錄下分別創(chuàng)建設(shè)備文件hello*/ temp = device_create(hello_class, NULL, dev, "%s", HELLO_DEVICE_FILE_NAME); if(IS_ERR(temp)) { err = PTR_ERR(temp); printk(KERN_ALERT"Failed to create hello device."); goto destroy_class; } /*在/sys/class/hello/hello目錄下創(chuàng)建屬性文件val*/ err = device_create_file(temp, &dev_attr_val); if(err < 0) { printk(KERN_ALERT"Failed to create attribute val."); goto destroy_device; } dev_set_drvdata(temp, hello_dev); /*創(chuàng)建/proc/hello文件*/ hello_create_proc(); printk(KERN_ALERT"Succedded to initialize hello device./n"); return 0;destroy_device: device_destroy(hello_class, dev);destroy_class: class_destroy(hello_class);destroy_cdev: cdev_del(&(hello_dev->dev));cleanup: kfree(hello_dev);unregister: unregister_chrdev_region(MKDEV(hello_major, hello_minor), 1);fail: return err;}/*模塊卸載方法*/static void __exit hello_exit(void) { dev_t devno = MKDEV(hello_major, hello_minor); printk(KERN_ALERT"Destroy hello device./n"); /*刪除/proc/hello文件*/ hello_remove_proc(); /*銷毀設(shè)備類別和設(shè)備*/ if(hello_class) { device_destroy(hello_class, MKDEV(hello_major, hello_minor)); class_destroy(hello_class); } /*刪除字符設(shè)備和釋放設(shè)備內(nèi)存*/ if(hello_dev) { cdev_del(&(hello_dev->dev)); kfree(hello_dev); } /*釋放設(shè)備號*/ unregister_chrdev_region(devno, 1);}MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_DESCRIPTION("First Android Driver");module_init(hello_init);module_exit(hello_exit);五.在hello目錄中新增Kconfig和Makefile兩個文件，其中Kconfig是在編譯前執(zhí)行配置命令make menuconfig時用到的，而Makefile是執(zhí)行編譯命令make是用到的：
Kconfig文件的內(nèi)容
config HELLO
tristate "First Android Driver"
default n
help
This is the first android driver.
Makefile文件的內(nèi)容
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello.o
在Kconfig文件中，tristate表示編譯選項HELLO支持在編譯內(nèi)核時，hello模塊支持以模塊、內(nèi)建和不編譯三種編譯方法，默認(rèn)是不編譯，因此，在編譯內(nèi)核前，我們還需要執(zhí)行make menuconfig命令來配置編譯選項，使得hello可以以模塊或者內(nèi)建的方法進(jìn)行編譯。
在Makefile文件中，根據(jù)選項HELLO的值，執(zhí)行不同的編譯方法。
六. 修改arch/arm/Kconfig和drivers/kconfig兩個文件，在menu "Device Drivers"和endmenu之間添加一行：
source "drivers/hello/Kconfig"
這樣，執(zhí)行make menuconfig時，就可以配置hello模塊的編譯選項了。
七. 修改drivers/Makefile文件，添加一行：
obj-$(CONFIG_HELLO) += hello/
八. 配置編譯選項：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$ make menuconfig
找到"Device Drivers" => "First Android Drivers"選項，設(shè)置為y。
注意，如果內(nèi)核不支持動態(tài)加載模塊，這里不能選擇m，雖然我們在Kconfig文件中配置了HELLO選項為tristate。要支持動態(tài)加載模塊選項，必須要在配置菜單中選擇Enable loadable module support選項；在支持動態(tài)卸載模塊選項，必須要在Enable loadable module support菜單項中，選擇Module unloading選項。
九. 編譯：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android/kernel/common$ make
編譯成功后，就可以在hello目錄下看到hello.o文件了，這時候編譯出來的zImage已經(jīng)包含了hello驅(qū)動。
十. 參照在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新內(nèi)核源代碼（Linux Kernel）一文所示，運行新編譯的內(nèi)核文件，驗證hello驅(qū)動程序是否已經(jīng)正常安裝：
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ emulator -kernel ./kernel/common/arch/arm/boot/zImage &
USER-NAME@MACHINE-NAME:~/Android$ adb shell
進(jìn)入到dev目錄，可以看到hello設(shè)備文件：
root@android:/ # cd dev
root@android:/dev # ls
進(jìn)入到proc目錄，可以看到hello文件：
root@android:/ # cd proc
root@android:/proc # ls
訪問hello文件的值：
root@android:/proc # cat hello
0
root@android:/proc # echo '5' > hello
root@android:/proc # cat hello
5
進(jìn)入到sys/class目錄，可以看到hello目錄：
root@android:/ # cd sys/class
root@android:/sys/class # ls
進(jìn)入到hello目錄，可以看到hello目錄：
root@android:/sys/class # cd hello
root@android:/sys/class/hello # ls
進(jìn)入到下一層hello目錄，可以看到val文件：
root@android:/sys/class/hello # cd hello
root@android:/sys/class/hello/hello # ls
訪問屬性文件val的值：
root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
5
root@android:/sys/class/hello/hello # echo '0' > val
root@android:/sys/class/hello/hello # cat val
0
至此，我們的hello內(nèi)核驅(qū)動程序就完成了，并且驗證一切正常。這里我們采用的是系統(tǒng)提供的方法和驅(qū)動程序進(jìn)行交互，也就是通過proc文件系統(tǒng)和devfs文件系統(tǒng)的方法，下一篇文章中，我們將通過自己編譯的C語言程序來訪問/dev/hello文件來和hello驅(qū)動程序交互，敬請期待。
后續(xù)繼續(xù)整理相關(guān)文章資料，希望能幫助研究Android源碼的朋友,謝謝大家支持!
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