在Raspberry Pi & Pi2 上面學 Linux 驅動程式開發 (一) -- Hello World --

前言

自從開始玩 Raspberry Pi 就發現，對於學習使用Linux系統而言，這實在是一個好東西。
想想以前為了安裝Linux系統，都要準備一台不能太新的電腦，然後還要確定上面的硬體都可以找到驅動程式才行。

不然就得弄成雙系統，還常常要重開機切來切去，搞得很麻煩。更不要說是Driver沒寫好結果把系統搞當掉要花時間重新開機了。

雖然之後有virtual box之類的虛擬系統可以使用，但畢竟隔了一層，特別是在要外接USB或是其他I/O裝置的時候就會血壓上升了。

現在，有了Pi一切都不一樣了。

小小一片系統板配上SD或microSD卡，要備份系統就直接製作SD卡映像檔，要重灌就燒回去。實在是太方便了。

而把系統搞當掉，重新開機也不過一分鐘的事情。

這樣小小一個系統，在上面該有的開發工具也都沒有少，要什麼就直接 apt-get 上網安裝。
網路環境?驅動程式已經預設安裝好了，不用再煩惱有的沒有。

開發環境

就學程式語言來說，一開始要做的第一件事情就是準備開發環境。

一般來說，開發Linux Driver的時候，要先搞清楚等一下寫出來的Driver是要放在什麼地方跑? 再來就是要搞清楚，我們要在那邊程式碼在要哪邊寫，寫完後要在哪裡進行編譯的工作?

但是一開始就搞這麼多有的沒的實在是會讓初學者暈頭轉向。所以在還沒有熟悉整個開發流程的時候，先要把整個事情給簡化。

我們要在Pi的Linux系統裡面，編寫、編譯 Driver 程式碼，並且執行編譯出來的Driver

等到之後熟悉整個事情的來龍去脈之後，就可以開始把編寫和編譯Driver程式碼的工作轉移到效能比較好的桌上型電腦Linux系統上去進行。

要編譯Linux Driver必須要有和當前運行的kernel相同版本的Kernel Source 和 當初編譯此kernel時相同版本的gcc編譯器。

這邊強烈建議 自行編譯一次Linux kernel，並使用該kernel做Linux Driver開發。

至於Pi板的核心編譯，可以參考下面的連結

    https://www.raspberrypi.org/documentation/linux/kernel/building.md

    Quick guide for building Raspberry Pi kernel 4

或是你手上的是最新的 Raspberry Pi 2 (ARM-7) 的板子，可以參考一下小弟的這篇文章:

  http://blog.ittraining.com.tw/2015/02/raspberry-pi2-kernel.html

這邊特別說明一下，如果成功編譯並安裝好kernel，開機之後。Kernel Source也放好位置了...
如果沒有跑到 Kernel Source 的位置執行過下面這個指令的話，還是不能編譯核心的。

    make modules_prepare

記得編譯安裝完核心之後，記得kernel source的目錄下執行一下這一行指令。

所以，在開始hello world之前，確認一下。先進去Pi的linux 系統裡面，看一下/proc/version這個檔案裡面的內容， 可以知道你現在用的kernel版本和當初是編譯這kernel的gcc版本。

    cat /proc/version

然後看一下現在預設的gcc版本是不是一致:

    gcc --version

筆者在寫這文章的時候編譯核心時用的是gcc 是4.8.3的cross-compiler版本，而Raspbian裡面用apt-get install能裝到最新的gcc版本是4.8.2。 雖然有點小差異，但是目前用起來還沒發現什麼大問題。

來編譯 Hello World 吧

撰寫程式程式碼

先在個人喜歡的地方建一個hello目錄，然後在裡面產生 hello.c 和 Makefile 兩個檔案。
Makefile裡面的內容如下:


說明一下，上面make 所用的參數 "-C" 後面是要接 kernel source tree 的存放路徑。

以我的 Pi2 系統上面而言，上面 "$(shell uname -r)" 的部份會變成 "3.18.9-v7+"，所以我自行編譯好的 kernel source tree 可以在這個目錄底下找到 "/lib/modules/3.18.9-v7+/build"，然而這個檔其實只是個連結，連結到我放kernel source tree 的地方(我喜歡放在我的家目錄底下 "~/rpi2/linux/"，這要去看一些code的內容比較方便)。


hello.c的內容如下:

編譯程式碼

在這個目錄下面直接執行:

    make

然後就會產生一堆檔案，其中有一個hello.ko的檔就是Linux Driver(驅動程式)，或是說Linux Module(模組)檔會比較適合。

載入/卸載 驅動程式(模組)

載入

執行insmod來載入驅動程式:

    sudo insmod hello.ko

用dmesg指令看一下系統訊息，是不是在最後一行有顯示出 insmod: Hello World.! 的系統訊息，有的話表示載入成功了。

也可以用 lsmod 指令列出系統中已經載入的驅動程式(Module)有哪些，其中應該會看到 hello 在其中。

    lsmod

卸載

執行rmmod來載入驅動程式:

    sudo rmmod hello.ko

用dmesg指令看一下系統訊息，是不是在最後一行有顯示出 rmmod: Hello World.! 的系統訊息，有的話表示該模組被卸載了。

執行 lsmod 應該會看到 hello 已經不在其中了。

這樣子就成功跑過一次 hello world 的範例了，而其中最麻煩的部份其實就是準備開發環境要自行編譯過一次kernel，這過程很複雜難搞。

為了充份利用Pi板的特性並降低這個過程痛苦的程度，我們之後會事先編譯好完整的開發環境並且整個打包成一個映檔。

初學者只需要準備一個8G的microSD卡，並把映像檔抓下來燒進去，放進去raspberry pi B+的板子上就可以開始學習開發Linux Driver了。

這樣就不用經歷前面那麼痛苦的過程了。(真是功德無量，功德無量阿~~~哈哈哈...)
(或許這件事情應該放在這篇文章的開頭及早說明...)

---------------  一切都不如想像中的美好分隔線  ---------------

後來發現搞出來的 8G 映像檔太大，就算壓縮之後還是有3G大小。要讓人下載這麼大的檔案想想實在是不大實際。

所以之後打算只把整個 compile 完的 kernel source 打包成一個檔(大約200多MB)，讓人下載解壓縮之後，再在自已的Pi板上面，建立 compile module 的環境。

之後的文章會開始慢慢的進入程式碼和系統運作的講解...。

所以.....待續...

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之後的例子會進行到一些和硬體上的溝通行，會需要一些電路和IC的組合。

艾鍗樹莓派子卡非常適合想要學習Linux Driver的人

http://blog.ittraining.com.tw/2016/10/raspberry-pi-io-shield-v30.html