Linux系统设备驱动开发环境配置指南

1. 系统准备

推荐发行版选择

• Ubuntu LTS (长期支持版)
• Fedora
• CentOS/RHEL
• Debian

基本工具安装

# Ubuntu/Debian
sudo apt update
sudo apt install -y build-essential git make gcc g++ flex bison libssl-dev \
libelf-dev bc dwarves rsync ncurses-dev

# CentOS/RHEL/Fedora
sudo yum groupinstall "Development Tools"
sudo yum install -y git make gcc g++ flex bison openssl-devel elfutils-libelf-devel \
bc dwarves rsync ncurses-devel

2. 内核开发环境配置

获取内核源代码

# 从kernel.org获取
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.4.12.tar.xz
tar xvf linux-6.4.12.tar.xz
cd linux-6.4.12

# 或从发行版仓库获取(推荐)
sudo apt install linux-source  # Ubuntu/Debian
sudo yum install kernel-devel  # CentOS/RHEL

内核配置

# 生成默认配置
make defconfig

# 或复制当前运行内核的配置
cp /boot/config-$(uname -r) .config
make oldconfig

# 配置内核选项
make menuconfig

编译内核

make -j$(nproc)  # 使用所有CPU核心编译
sudo make modules_install
sudo make install

3. 开发工具链配置

交叉编译工具链(针对嵌入式开发)

# ARM架构
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf

# AArch64架构
sudo apt install gcc-aarch64-linux-gnu

# 其他架构工具链
sudo apt install gcc-multilib

调试工具

sudo apt install gdb kgdb crash systemtap

4. 驱动开发环境优化

内核头文件安装

sudo apt install linux-headers-$(uname -r)

udev规则配置(用于设备节点管理)

# 示例udev规则文件 /etc/udev/rules.d/99-mydevice.rules
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="1234", ATTR{idProduct}=="5678", MODE="0666"

开发模式设置

# 禁用内核地址空间随机化(便于调试)
echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/randomize_va_space

# 启用内核符号加载
echo 1 | sudo tee /proc/sys/kernel/kptr_restrict

5. 开发工作流程

典型驱动开发目录结构

~/driver-dev/
├── Makefile
├── mydriver.c
└── test/
    ├── test_app.c
    └── Makefile

示例Makefile

obj-m := mydriver.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

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

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

驱动加载/卸载命令

# 加载模块
sudo insmod mydriver.ko

# 查看已加载模块
lsmod | grep mydriver

# 卸载模块
sudo rmmod mydriver

# 查看内核日志
dmesg

6. 调试技巧

打印调试

#include <linux/printk.h>

pr_debug("Debug message\n");
pr_info("Informational message\n");
pr_warn("Warning message\n");
pr_err("Error message\n");

GDB调试

# 调试内核模块
gdb vmlinux /proc/kcore

# 调试用户空间测试程序
gdb ./test_app

动态调试

# 启用特定文件的动态调试
echo "file mydriver.c +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

7. 常见问题解决

问题1: 模块版本不匹配

症状: insmod: ERROR: could not insert module mydriver.ko: Invalid module format

解决方案:

# 确保使用正确的内核头文件编译
make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules

问题2: 权限不足

症状: 无法访问设备文件

解决方案:

# 检查设备权限
ls -l /dev/mydevice

# 修改权限
sudo chmod 666 /dev/mydevice

问题3: 内核崩溃

症状: 系统死机或重启

解决方案: 1. 配置kdump收集崩溃信息 2. 使用crash工具分析vmcore 3. 启用更多调试选项重新编译内核

通过以上配置，您将拥有一个完整的Linux设备驱动开发环境。建议在虚拟机中进行开发测试，以避免主机系统不稳定。