3. 硬件接口与通信协议

内核模块，说白了就是一段可以动态插拔的内核代码。你不用重新编译整个内核，就能给系统加功能。我刚开始接触时也觉得挺神奇——一个 .ko 文件，insmod 一下，驱动就跑起来了。但这里面的门道，远不止敲几个命令那么简单。

模块的基本结构

每个内核模块都有两个必须的入口：初始化和退出。就像你开门进屋，走的时候得关门一样。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int __init my_driver_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello, this is my driver loaded\n");
    return 0;
}

static void __exit my_driver_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye, my driver unloaded\n");
}

module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

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

这里有几个细节我得提一下。__init 和 __exit 这两个宏，其实是在告诉内核：初始化函数用完后，占的内存可以回收了。我在项目中遇到过有人忘了加 __exit，结果模块卸载时函数指针乱飞，直接 oops。

模块加载与卸载

加载卸载看似简单，但背后内核做了不少事。我习惯用下面这套命令组合：

操作	命令	说明
加载模块	insmod my_driver.ko	直接插入，不处理依赖
加载模块（带依赖）	modprobe my_driver	自动解决依赖关系
卸载模块	rmmod my_driver	调用 exit 函数
查看已加载模块	lsmod	显示模块列表及使用计数
查看模块信息	modinfo my_driver.ko	显示作者、描述、参数等

你想想看，为什么有时候 rmmod 会提示 "Module is in use"？那是因为有其他模块或进程在引用它。我曾经调试一个网卡驱动，死活卸载不了，最后发现是网络服务还在占用接口。先停服务，再卸载，问题解决。

模块参数传递

写死的驱动不够灵活。比如你想让用户指定中断号或缓冲区大小，怎么办？内核模块支持参数传递，用 module_param 宏就行。

static int irq_num = 10;
static char *device_name = "my_device";
static int debug_mode = 0;

module_param(irq_num, int, 0644);
module_param(device_name, charp, 0644);
module_param(debug_mode, int, 0644);

MODULE_PARM_DESC(irq_num, "IRQ number for the device");
MODULE_PARM_DESC(device_name, "Device name string");
MODULE_PARM_DESC(debug_mode, "Enable debug mode (0=off, 1=on)");

加载时这样传参：

insmod my_driver.ko irq_num=7 device_name="eth0" debug_mode=1

参数权限 0644 表示可以在 /sys/module/ 下动态修改。嗯，这里要注意，charp 类型的参数如果传字符串，内核会拷贝一份，别担心指针失效。我个人的习惯是，所有可调参数都加上 MODULE_PARM_DESC，方便后来人看 modinfo 就知道怎么用。

模块依赖与符号导出

模块之间可以互相调用。A 模块导出函数，B 模块就能用。这靠的是 EXPORT_SYMBOL 和 EXPORT_SYMBOL_GPL。

// 在模块 A 中
int my_add(int a, int b)
{
    return a + b;
}
EXPORT_SYMBOL(my_add);

// 在模块 B 中
extern int my_add(int a, int b);

static int __init b_init(void)
{
    int result = my_add(3, 5);
    printk("Result from module A: %d\n", result);
    return 0;
}

EXPORT_SYMBOL_GPL 更严格，只有声明了 GPL 协议的模块才能调用。我在项目中遇到过一个问题：第三方闭源驱动想调用我们导出的函数，结果链接时报错——因为我们用的是 EXPORT_SYMBOL_GPL。后来协商后改成了 EXPORT_SYMBOL，才解决。

依赖关系可以用 modprobe 自动处理，它会读取 /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep 文件。你也可以手动查看：

depmod          # 生成依赖文件
modprobe -r my_driver   # 卸载时连带卸载依赖模块

知识体系总览

下面这张图把本章的核心脉络串起来了。从模块骨架到加载卸载，再到参数和依赖，每一步都有对应的内核机制。

避坑指南

• 模块卸载不干净：我曾经在 exit 函数里忘了销毁 workqueue，结果模块卸载后内核线程还在跑，系统日志疯狂报错。解决方案：在 exit 里按初始化的逆序释放所有资源。
• 参数类型不匹配：module_param 的第三个参数是权限，不是默认值。我见过有人写成 module_param(irq_num, int, 10)，结果 irq_num 始终是 0。正确写法：module_param(irq_num, int, 0644)。
• 符号冲突：两个模块导出同名函数，加载第二个时会报错。我建议给自己的符号加独特前缀，比如 mydrv_xxx，避免和内核或其他模块重名。
• Makefile 写错：内核模块的 Makefile 有固定套路。我刚开始总是忘记定义 CONFIG_MODULE_SIG，结果编译出来的模块在安全启动的机器上加载不了。