第3章内核模块基础

第一章：内核模块基础

各位同学，欢迎来到《手机SoC神经网络加速器驱动开发指南》的第一章。

做NPU驱动，说白了就是跟Linux内核打交道。你想想看，一个神经网络加速器要跑起来，首先得让内核认识它、管理它。怎么做到？靠的就是内核模块。

我个人习惯把内核模块比作「乐高积木」。内核是那个大底板，模块就是一块块积木。你需要什么功能，就插什么模块。不需要了，拔掉就行。不用重新编译整个内核，也不用重启机器。嗯，这个设计思路，真的很妙。

核心要点：内核模块是Linux内核动态扩展能力的基石。在NPU驱动开发中，我们几乎所有的加速器控制逻辑，都会以内核模块的形式存在。

1.1 内核模块框架

一个最简单的内核模块，长什么样？我直接给你看代码：

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

static int __init my_npu_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "NPU加速器模块加载成功\n");
    return 0;
}

static void __exit my_npu_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "NPU加速器模块卸载成功\n");
}

module_init(my_npu_init);
module_exit(my_npu_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("NPU加速器驱动模块示例");

这段代码，是所有NPU驱动的起点。我当年第一次写NPU驱动时，就是从这么个空壳子开始的。

注意看几个关键点：

module_init 和 module_exit：这是内核模块的入口和出口。加载时调用init函数，卸载时调用exit函数。
__init 和 __exit：这两个宏是给内核的提示。__init标记的函数，加载完后内核会把这段内存释放掉。省内存的小技巧。
MODULE_LICENSE：必须声明许可证。不写的话，内核会报「tainted kernel」的警告。我在项目中遇到过，有些芯片厂商的闭源驱动用了非GPL许可证，结果内核社区的人都不愿意帮他们看问题。

我的习惯：每个模块文件开头，我都会写清楚MODULE_DESCRIPTION。半年后回头看代码，你会感谢自己写了这行注释。

1.2 模块加载与卸载

写好了模块代码，怎么让它跑起来？

编译：

make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules

加载：

sudo insmod my_npu.ko

查看：

lsmod | grep my_npu

卸载：

sudo rmmod my_npu

这里有个坑，我曾经踩过。insmod加载模块时，如果依赖其他模块，你得先加载依赖。NPU驱动通常依赖几个基础模块，比如内存管理、中断控制器。顺序搞反了，加载就会失败。

注意：rmmod卸载模块时，如果模块正被其他进程使用，卸载会失败。NPU驱动里，如果推理任务还没跑完，你强行卸载，系统可能会崩溃。我建议在卸载前，先检查一下设备文件是否还在被占用。

为什么会这样？因为内核模块的生命周期，跟用户空间的进程是绑定的。你想想看，NPU正在算一个模型，你突然把驱动拔了，硬件寄存器全失效了，内核不panic才怪。

1.3 printk调试技巧

做驱动开发，调试手段很有限。没有gdb，没有断点。你靠什么？靠printk。

printk是内核版的printf。用法差不多，但有几个关键区别：

日志级别	宏定义	使用场景
KERN_EMERG	0	系统崩溃前，紧急信息
KERN_ALERT	1	需要立即处理
KERN_CRIT	2	严重错误
KERN_ERR	3	一般错误
KERN_WARNING	4	警告信息
KERN_NOTICE	5	正常但重要的信息
KERN_INFO	6	信息性消息
KERN_DEBUG	7	调试信息

我个人习惯，调试NPU寄存器读写时，用KERN_INFO。排查bug时，用KERN_DEBUG。生产环境里，只留KERN_ERR以上的日志。不然dmesg会被刷爆。

看日志的命令：

dmesg | tail -20

或者实时监控：

tail -f /var/log/kern.log

避坑指南：我曾经在NPU中断处理函数里用了printk。结果一触发中断，printk打印，控制台输出，中断又被触发...死循环了。记住，中断上下文里别用printk，除非你想看系统卡死。

printk还有个好处，可以加格式控制。比如打印寄存器地址：

printk(KERN_INFO "NPU reg 0x%08x = 0x%08x\n", reg_addr, reg_val);

嗯，这里要注意。内核里不能用%llx打印64位值？其实可以，用%llx就行。但有些老内核不支持，我建议统一用%pad打印物理地址，用%pap打印指针。

1.4 本章知识体系

为了让你更直观地理解本章内容，我画了一张图：

这张图把本章的三个核心知识点串起来了。模块框架是骨架，加载卸载是动作，printk是眼睛。三者缺一不可。

补充一句：实际项目中，NPU驱动模块往往不止一个文件。我习惯把硬件操作放一个文件，把上层接口放另一个文件。模块化设计，后期维护会轻松很多。

好了，第一章就到这里。记住，内核模块是你和NPU硬件之间的桥梁。桥搭得稳不稳，就看你这模块写得扎不扎实。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321

📚 课程目录

第一章：内核模块基础

1.1 内核模块框架

1.2 模块加载与卸载

1.3 printk调试技巧

1.4 本章知识体系