驅動程式初體驗

因為需求，必須去了解 Linux Driver，所以就東問西問、看非常艱澀的驅動程式第3版、亂試一通，終於把 Dualview 給弄出來，所以趁著空檔時間，來po個文章..:)。##ReadMore##

這裡先簡單把如何寫一個驅動程式的基本程式碼列出來做說明，當然也可以從歐萊禮下載原始碼來做測試，如果官方網站掛掉還有這裡。

// 定義模組的初始函式(__init)與清理函式(__exit)
#include <linux/init.h>
// 定義許多 module_ 開頭的函式或 MODULE_ 開頭的巨集
#include <linux/module.h>

#define DRIVER_AUTHOR   "Linly"
#define DRIVER_DESC     "Hello World crap driver"
#ifndef DRIVER_VERSION
#define DRIVER_VERSION  "v0.0.1"
#endif

/*
* KERN_ALERT = <1>，代表訊息優先度，最高為 <0>
* 用法同 printf，只是不支援浮點數
*/
static int __init helloworld_init(void)
{
 printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
 return 0;
}

static void __exit helloworld_cleanup(void)
{
 printk(KERN_ALERT "Goodbye, cruel world\n");
}

module_init(helloworld_init);    // for insmod calls
module_exit(helloworld_cleanup); // for rmmod calls

// 模組資訊，可從 modinfo helloworld.ko 查詢
MODULE_AUTHOR(DRIVER_AUTHOR);
MODULE_DESCRIPTION(DRIVER_DESC);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_VERSION(DRIVER_VERSION);

■ 說明如下：

1. 前兩行的標頭檔通常都會加入，作用如註解所述。
2. module_init 是模組(驅動程式)載入會執行的；module_exit 是模組(驅動程式)移除會執行的。
3. printk 是寫 kernel module 會使用的 API，因為一般開發應用程式的 API 都不能再撰寫驅動程式時使用，只能使用 kernel API。而優先度的部份共分為七種<0>到<7>，數字越小代表優先度越高，如果你希望訊息可以再你期望的地方印出來，就讓它優先度高一點吧，我通常使用<1>，而這些訊息可以透過「dmesg」看到。
4. MODULE_LICENSE 一定要加上所規定的一些字串，有幾種選擇，擇一即可，如："GPL"、"GPL v2"、"GPL and additional rights"、"Dual BSD/GPL"、"Dual MPL/GPL"、"Proprietary"。
5. 載入模組為「sudo insmod xxxx.ko」；移除模組為「sudo rmmod xxxx.ko」，如果說要重新掛載已經存在的模組，需先移除，然後再載入。　　

再來就是 Makefile，它和以往所寫的不同，在於驅動程式使用的是核心提供的函式，所以編譯時必須把目錄切換至 kernel source tree 來做編譯，這個東西可以把它想成是 develop toolkit，像標頭檔就會這裡頭。如果是 Ubuntu，該路徑位於「/usr/src」；如果是 fedora，需要去下載安裝，因為作業系統裝好並不會存在。

KERNEL_VERSION    := `uname -r`
KERNEL_DIR    := /lib/modules/$(KERNEL_VERSION)/build

PWD        := $(shell pwd)

obj-m        := helloworld.o
#module-objs   := helloworld.o

all:
    echo "Building Hello World driver..."
    make -C $(KERNEL_DIR) M=$(PWD) modules

clean:
    -rm -f *.o *.ko *.mod.c Module.symvers version.h

你會看到 KERNEL_DIR 是指派成 bra bra build，不過實際到那邊看，會發現 build 其實是一個 symbolic link，指向 /usr/src/$(KERNEL_VERSION)，也就是 kernel source tree。編譯後會回到 pwd，並且在程式的目錄下，產生 .o 檔案，最後再根據 obj-m 的名稱，產生 .ko 檔(如根據 helloworld.o 產生 helloworld.ko)。然後「sudo insmod helloworld.ko」，就可以再 dmesg 看到訊息囉。

Daemon

　　Daemon 似乎不需要像 windows service 一樣去註冊，只要讓他開機自動執行即可，而他滿足幾項特性：

1. 開機後即不斷執行。
2. 父程序為 init。
3. 不具有 tty (所以printf是幫不了你)。
4. 執行者為 root (所以和他通訊的程序也必須是 superuser 所執行)。##ReadMore##

　　在「Advanced Programming in the UNIX Environment」一書中提到撰寫 daemon 的規則，不過我也沒遵守，因為不了解這些規則的重要性，不過還是簡單列出該書所提到的部份：

1. 需呼叫 fork，且父程序直接 exit。
2. 呼叫 setsid。
3. 改變工作目錄為「/」。
   
4. 把 umask 設定為「0」，避免繼承來的遮罩導致檔案權限不如預期。
5. 關閉無用的 file descriptor。

#include <sys/type.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int daemon_init(void)
{
 pid_t pid;
 if((pid = fork()) < 0)
     return -1;
 else if(pid != 0)
     exit(0);

 setsid();
 chdir("/");
 umask(0);
 return 0;
}

　　
　　以上是本書的初使化範例，不論如何，都需要寫一個 script 讓開機自動啟動 daemon，這裡的作法是在 /etc/init.d/rc.local 去執行我寫的一個 script，當然只要在 rc2.d 中會執行到的 script 中加入都是可以的 [註]。以下列出 script 內容；

#!/bin/sh

[ -x /home/linly/DualView/daemon/Dualview-Daemon ] || exit 0
#filename=/home/linly/DualView/daemon/Dualview-Daemon
#test ! -e $filename && echo "The filename '$filename' DO NOT exist" && exit 0

case "$1" in
start)
# Start daemons.
cd  /home/linly/DualView/daemon
./Dualview-Daemon &
;;
stop)
# Stop daemons.
chk=`/usr/bin/pgrep -x Dualview-Daemon`
if [ "$chk" ]; then
   echo -n "Shutting down Dualview Daemon "
   kill -9 $chk
fi
echo ""
;;
restart)
$0 stop
$0 start
;;
*)
echo "Usage: Dualview-Daemon {start|stop|status|restart}"
exit 1
esac

cd  /home/linly/DualView/uvcvideo
/sbin/rmmod uvcvideo
/sbin/insmod uvcvideo.ko

exit 0

開機後輸入 ps -ajx | grep "Dualview-Daemon" 會看到以下內容：

PPID   PID    PGID   SID    TTY    TPGID  STAT   UID   TIME   COMMAND
1     6038    5067   5067     ?       -1       S      0     0:00    ./Dualview-Daemon

　　以我的 daemon 為例，由於 shared memory 擁有者是 root，所以權限不足是砍不掉的。而且需要用 signal 來通知 daemon 的應用程式，也必須是 superuser 所執行的應用程式。還有一點，如果需要印訊息，必須透過 syslog 這個 daemon 來達成（因為沒有終端機），以下列出相關的函式：

#include <syslog.h>
void openlog(char *ident, int option, int facility);
void syslog(int priority, char *format, ...);
void closelog(void);

　　執行時發生一個問題，就是 gtk_init 無法順利初始化，導致程式被中斷，嘗試很久後，採用 gtk_init_check，該函式即使出始化失敗也不會中斷程式，且能夠順利初使 gdk 的元件，有達到我的需求。(初使做了很多動作，也不知道掛在哪裡，反正我要用的東西有初始好就好拉:P)


注意事項：

• rc2.d 是一般開機進入圖形介面的過程中，會執行的腳本，像 rc0.d 就是關機會執行的；而 rc6.d 是重新開機會執行的。
  

Camera Preview with V4l2

很久之前做的範例，一直沒放上來，所以就放上來分享一下，這是用 C 和 GTK+ 寫的，一個很單純的 preview，沒有其他額外的功能，且需安裝 gtk+-2.0...

範例：Camera Preview
投影片介紹：V4L2 Introduction

GTK+ 也支援 atomic operation

　　本來期望C語言的API有支援，不過搜尋一下/usr/include的標頭檔卻找不到，倒是找到C++和GTK+有支援，所以就去翻一下/usr/include/glib-2.0/glib/gatomic.h，以下是簡單的使用範例：
##ReadMore##

#include <gtk/gtk.h>
#include <stdio.h>

gint atomic;

gboolean test(gpointer data)
{
  g_atomic_int_add(&atomic, 1);
  gint get_atomic = g_atomic_int_get(&atomic);

  if(get_atomic <= 10)
  {
      g_print("atomic val = %d\n", get_atomic);
      return TRUE;
  }
  else
      gtk_main_quit();
}


int main(int argc, char *argv[])
{
  gtk_init(&argc, &argv);
  g_timeout_add(1000,test,NULL);

  g_atomic_int_add(&atomic, 1);
  g_print("atomic val = %d\n", g_atomic_int_get(&atomic));

  gtk_main();
  return 0;
}

　　提醒一下，編譯時記得加上`pkg-config gtk+-2.0 --libs --cflags`，否則會找不到相關的函式庫與標頭檔。

Shared memory and Semaphore 的使用

形成通訊是蠻常會遇到的問題。當兩個 process 在執行過程中需要溝通，可以使用許多方式，例如：

• socket(by AF_UNIX)
• pipe or fifo
• file
• shared memory
• mmap (我覺得可以歸類到file)
• message queue (不會用XD)

這裡我所要舉得例子是：shared memory + semaphore。畢竟是共享資源，就要考慮同步，否則會發生 race condition。由於程式碼貼上來過於累贅，我就放在 google doc，程式碼的內容是 P1(write)會一直寫進去，而 P2(read)會去讀取並列印再終端機。[註1]

• writer
• reader
• semaphore[註2]

[註1] 若沒有使用 semaphore，印出來的結果會有重複的內容出現。
[註2] semaphore 是另外包裝的一組 API，提供七個函式，如下：

1. sem_create - 產生 semaphore，並設定初值。
2. sem_open - 開啟 semaphore，前題以執行過。
3. sem_rm - 刪除 semaphore，給 sem_close 使用。
4. sem_close - 關閉 semaphore，並做刪除(sem_rm)。
5. sem_op - 給 sem_wait、sem_signal 使用。
6. sem_wait - semaphore--。
7. sem_signal - semaphore++。