ubuntu16.04下linux内核编译升级更新以及设备驱动程序的编写

最近学院里的nfc老师要我们做个设备驱动，之前从没接手过这个东西，加上老师给的材料错误也是一大堆，搞了差不多一个星期才搞出来。特此写一个博客，以免后来人和我一样跳坑。

总体考虑

要去写设备驱动程序，说白了就三大步骤：下载内核源码构建内核源码树（也就是下载你的目的内核源码包并解压就行了）、编译内核（这样才能让操作系统感知自己写的驱动程序）、写代码（编写内核程序并编译测试）。这三步哪一步都很艰难。

我是在自己笔记本上用虚拟机VMware装的ubuntu操作系统，相比于装双系统有一大缺点和一大优点，优点是将编译好的新内核装入操作系统时不用担心系统崩溃，缺点是装虚拟机的时候没考虑周全，搞得虚拟机的硬盘太小了，估计容量不够用。

那么综合考虑之后，对于我来说是四大步骤：1、给虚拟机扩容；2、下载内核源码构建内核源码树；3、编译内核；4、写代码。

下面来一一介绍:

1、虚拟机扩容

（1）虚拟机逻辑扩盘。仅仅在这一步扩盘是完全不够的！还要在虚拟机内部设置挂载，不然的话虚拟机无法感知到你扩展的硬盘。这相当于你给一台实际的台式电脑加了一块新硬盘后，还要在操作系统内进行设置。我在这里是扩成80GB。

（2）在终端使用命令

sudo apt-get install Gparted

下载Gparted部件。

（3）打开Gparted：

（4）打开Gparted应用，你可以看到已分配分区状况和新增未分配的分区 ：

（5）然后依次删除/dev/sda5和/dev/sda2，删除后，就会剩下/dev/sda1（14GB）和未分配的（15GB），不然的话你怎么都无法将unallocated部分挂载。

（6）接下来重新调整/dev/sda1的大小，我这里调整为75529MiB（73.76GB），然后剩下6.24GB作为linux_swap，重新将未分配的6.24GB格式化，先new出一个extended的分区，然后再在这个extended的分区里new一个逻辑分区，并且file system选择为linux-swap，最后选择绿色的钩钩，完成保存。最后执行完后，如下图所示：

（7）这样我就把虚拟机的硬盘扩成了80GB，编译内核源码绝对是绰绰有余的了。

（注：本小节参考了博客：http://blog.csdn.net/Timsley/article/details/50742755）

2、构建内核源码树

（1）我的虚拟机的操作系统是ubuntu16.04。我是在这里下载的源码包：https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/，我下载的源码包是linux-4.10.14.tar.xz

附：大家千万不要在非www.kernel.org开头的网站上随意下载内核源码！

（2）下载完之后解压即可：

3、编译内核

（1）安装基本的工具软件。

逐次在终端执行以下四条命令：

sudo apt-get install libncurses5-dev libssl-dev sudo apt-get install build-essential openssl sudo apt-get install zlibc minizip sudo apt-get install libidn11-dev libidn11

（2）在终端进入你的解压的内核源码的目录，比如我内核源码解压后在home/expr/expr4/linux-4.10.14，那么进入终端后就是：

（3）依次执行以下三条命令：

sudo make mrproper sudo make clean sudo make menuconfig

其中mrproper为清除编译过程中产生的所有中间文件，clean为清除上一次产生的编译中间文件,在menuconfig中出现选择的图形化界面后，直接按右方向键选择到exit退出，退出提示中选择保存，实现内核的默认配置。

（4）执行命令：

sudo make –j8

因为我的笔记本cpu是i7四核八线程，所以我直接用8个线程并行编译，这样编译速度就是普通的make命令的8倍。最近双一流建设学校发了财换了一大批新电脑，所以在我学校的高性能计算实验室编译内核，因为处理器是新买的intel  core  i7  6700k，8线程编译的话20分钟就搞定了，普通笔记本应该要1～2小时。

下面放一波编译的时候截的图：

正在编译内核

编译的时候监测笔记本状态，怕内存泄漏

（5）依次执行命令：

sudo make modules_install        //安装内核模块sudo make install      //安装内核

下面放一波编译的时候截的图：

正在执行sudo make modules_install

正在执行sudo make modules_install

正在执行sudo make install

新内核成功嵌入操作系统

（6）重新启动系统，如果是虚拟机的话记得重启进入BIOS界面之前一定要点击鼠标进入虚拟机的界面实现键盘捕获。在重启开机界面按住shift键不放手，选择高级选项，进入内核选择加载界面，选择自己编译的内核的正常模式：

进入内核选择模式，选择自己编译的内核：

（7）至此，工作完成了50%。随着操作系统的启动，我新编译的内核也正式诞生了！

（注：本小节参考了博客：http://blog.csdn.net/Xiaobai__Lee/article/details/72048829）

4、写自己的设备驱动程序

（1）写在前面：

在编程的时候，不要轻易复制任何网站的代码，99.99%都是跑不通的。Makefile文件尤其不要随便在网上下载，因为这个东西对格式要求非常高，新手随便在网上下的Makefile文件也是99.99%都是跑不通。要跑通，有两个关键：1、认真分析每一条源代码；2、有问题，多去搜一下看看。

（2）我在ubuntu下编写的代码如下：

源代码材料包托管在github上：https://wnm1503303791.github.io/interesting-work/blog/code.zip

有需要的朋友自取

（3）要在内核态下编译我们写好的设备驱动程序源码，必须使用Makefile文件。

Makefile文件内容截图，每个关键字都出现彩色的时候说明基本上没写错

（4）在终端下进入设备驱动程序源码所在的文件夹，例如，我的源码放在home/expr/expr4/expr4/code/，那么就是这样：

（5）输入make命令，之后在文件夹下直接生成.ko文件：

（6）继续在终端下输入命令：sudo insmod globalmem.ko将刚刚生成的globalmem.ko文件加载进入内核。

（7）用命令lsmod查看是否加载成功，如果成功就是这样：

可以看到第一个module就是我刚刚生成的globalmem。

（8）到这里工作完成了85%。可以先不急着去写测试程序，可以先用原语测试一下驱动，因为我的这个驱动是处理字符的驱动程序，所以我是这样测试的：

也就是进入root模式后用原语将字符串“tz”送入驱动，驱动就会输出“tz”。

（9）现在就可以踏踏实实地去写测试程序了：

（10）编译这个C程序，并运行：

测试程序运行正常，表明设备驱动运行正常。

至此，我的教程就结束了。有疑问的朋友可以直接在评论区留言，非常希望和各位朋友一起讨论！

TZ@华中农业大学信息学院高性能计算实验室

2017/12/12夜

Last updated @ 2020/6/21