4. 第一个内核模块

编写第一个内核模块是嵌入式Linux驱动开发的起点。一个完整的内核模块包含五个核心要素：头文件、入口/出口宏、许可证声明、模块参数以及编译体系。本节将逐一拆解这些要素，并给出可直接编译运行的示例。

4.1 模块头文件

内核模块必须包含特定的头文件，这些头文件提供了模块编程所需的宏、函数原型和数据结构。最基础的两个头文件是：

4.2 module_init / module_exit 宏

每个内核模块必须注册一个初始化函数和一个退出函数。这两个宏将普通C函数与内核模块生命周期绑定：

• module_init(func)：指定模块加载时调用的函数。函数原型为 int __init func(void)，成功返回0，失败返回负错误码。
• module_exit(func)：指定模块卸载时调用的函数。函数原型为 void __exit func(void)，无返回值。

使用 __init 和 __exit 标记可让内核在初始化完成后释放该函数占用的内存，优化运行时资源。

4.3 LICENSE / GPL 声明

内核模块必须声明许可证，否则内核在加载时会打印“tainted”警告。最常用的声明是 MODULE_LICENSE("GPL")，表示模块遵循GNU通用公共许可证。

4.4 模块参数传递

内核模块支持在加载时通过 insmod 或 modprobe 传递参数，无需重新编译。使用 module_param 宏声明参数：

#include <linux/moduleparam.h>

static int count = 1;
static char *name = "default";

module_param(count, int, 0644);
module_param(name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(count, "Number of iterations (default: 1)");
MODULE_PARM_DESC(name, "Device name string");

支持的参数类型包括：byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、charp（字符串指针）、bool、invbool。

加载时传递参数示例：

sudo insmod mymodule.ko count=5 name="mydev"

4.5 编译 Makefile 编写

内核模块不能使用普通的gcc编译，必须通过内核构建系统（Kbuild）完成。标准Makefile模板如下：

# Makefile for a simple kernel module

# 模块名称（最终生成 .ko 文件）
obj-m := mymodule.o

# 如果模块由多个源文件组成，使用如下语法：
# mymodule-objs := file1.o file2.o

# 内核源码树路径（根据实际环境修改）
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build

# 当前目录
PWD := $(shell pwd)

all:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

4.6 完整示例：第一个内核模块

将以上要素整合为一个可编译、可加载的完整模块：

// mymodule.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/moduleparam.h>

// 模块参数
static int count = 1;
static char *name = "mymodule";

module_param(count, int, 0644);
module_param(name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(count, "Loop count (default: 1)");
MODULE_PARM_DESC(name, "Device name (default: mymodule)");

// 初始化函数
static int __init mymodule_init(void)
{
    int i;
    printk(KERN_INFO "mymodule: loading, name=%s, count=%d\n", name, count);

    for (i = 0; i < count; i++) {
        printk(KERN_INFO "mymodule: iteration %d\n", i + 1);
    }

    return 0;
}

// 退出函数
static void __exit mymodule_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "mymodule: unloading\n");
}

module_init(mymodule_init);
module_exit(mymodule_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple kernel module example");
MODULE_VERSION("1.0");

编译与测试步骤：

1. 将上述代码保存为 mymodule.c，Makefile 保存为 Makefile。
2. 执行 make，生成 mymodule.ko。
3. 加载模块：sudo insmod mymodule.ko count=3 name="testdev"
4. 查看内核日志：dmesg | tail -10
5. 卸载模块：sudo rmmod mymodule
6. 再次查看日志确认退出函数执行。

4.7 模块生命周期与内核交互流程

下图展示了从模块加载到卸载的完整生命周期，以及各要素在流程中的位置：

4.8 常见错误与排查