时间戳设备驱动

本章节将介绍如何创建一个简单的Linux内核驱动，该驱动在每次读取操作时返回当前内核时间戳。通过使用ktime_get()函数，我们可以获取高精度的时间信息，并将其返回给用户空间。

驱动概述

时间戳设备驱动是一个字符设备驱动，它实现了read操作。当用户空间程序读取该设备时，驱动会调用ktime_get()获取当前时间，并将其格式化为字符串返回。

关键函数与数据结构

函数/结构	描述
`ktime_get()`	获取当前内核时间，返回`ktime_t`类型的时间值。
`read`操作	驱动实现的读取函数，当用户读取设备时调用。
`struct file_operations`	包含驱动操作函数指针的结构体。

驱动代码实现

以下是一个简单的时间戳设备驱动代码示例：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/ktime.h>
#include <linux/uaccess.h>

#define DEVICE_NAME "timestamp"

static int major;
static struct class *timestamp_class;
static struct cdev timestamp_cdev;

static ssize_t timestamp_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    ktime_t now = ktime_get();
    char time_str[50];
    int len;

    len = snprintf(time_str, sizeof(time_str), "%lld\n", ktime_to_ns(now));
    if (len < 0)
        return -EFAULT;

    if (copy_to_user(buf, time_str, len))
        return -EFAULT;

    return len;
}

static struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = timestamp_read,
};

static int __init timestamp_init(void)
{
    dev_t dev_num;

    if (alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, DEVICE_NAME) < 0)
        return -1;

    major = MAJOR(dev_num);
    cdev_init(×tamp_cdev, &fops);
    if (cdev_add(×tamp_cdev, dev_num, 1) < 0) {
        unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
        return -1;
    }

    timestamp_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);
    device_create(timestamp_class, NULL, dev_num, NULL, DEVICE_NAME);

    pr_info("Timestamp device loaded\n");
    return 0;
}

static void __exit timestamp_exit(void)
{
    dev_t dev_num = MKDEV(major, 0);

    device_destroy(timestamp_class, dev_num);
    class_destroy(timestamp_class);
    cdev_del(×tamp_cdev);
    unregister_chrdev_region(dev_num, 1);

    pr_info("Timestamp device unloaded\n");
}

module_init(timestamp_init);
module_exit(timestamp_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple timestamp device driver");

驱动测试

加载驱动后，可以使用以下命令测试：

# 加载驱动
sudo insmod timestamp.ko

# 查看设备节点
ls -l /dev/timestamp

# 读取时间戳
cat /dev/timestamp

每次读取/dev/timestamp都会返回当前内核时间戳（纳秒精度）。

注意：在实际使用中，可能需要调整设备权限以便用户空间程序可以读取设备。

总结

本章介绍了如何创建一个简单的时间戳设备驱动，重点包括：

使用ktime_get()获取内核时间戳。
实现字符设备的read操作。
将时间戳数据从内核空间传递到用户空间。

这种驱动虽然简单，但涵盖了Linux驱动开发的基本概念，是学习内核编程的良好起点。