4、内核模块入门：编写第一个GPU内核模块，理解module_init/exit与参数传递

说实话，很多做GPU驱动的新人，一上来就盯着复杂的硬件寄存器看，结果把自己看懵了。

我个人的建议是：先别急。咱们从最基础的内核模块开始。你想想看，驱动说白了就是个内核模块。搞懂模块的加载、卸载、参数传递，后面那些复杂的GPU调度、内存管理才有根基。

4.1 什么是内核模块？

内核模块，就是一段可以在运行时动态加载到Linux内核的代码。不需要重新编译整个内核，也不需要重启机器。

我在项目中遇到过好几次这种情况：调试GPU驱动时，发现某个寄存器配置不对。如果是把代码编进内核里，改一次就得重启一次，一天下来光重启就浪费两小时。用模块就不一样了——insmod、rmmod，几秒钟搞定。

核心要点：

  • 模块是动态加载的，不是静态编译进内核的
  • 模块运行在内核空间，拥有最高权限
  • 模块出问题，整个系统可能崩溃（嗯，这里要注意）

4.2 第一个GPU内核模块：Hello GPU

咱们直接上手写一个。这个模块啥也不干，就是加载时打印"Hello GPU"，卸载时打印"Goodbye GPU"。

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

static int __init gpu_module_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello GPU: Module loaded\n");
    return 0;
}

static void __exit gpu_module_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye GPU: Module unloaded\n");
}

module_init(gpu_module_init);
module_exit(gpu_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple GPU kernel module");

代码很简单对吧？但有几个细节我得跟你聊聊。

4.3 module_init 和 module_exit 到底干了啥？

说白了，module_init 和 module_exit 就是两个宏。它们告诉内核：

  • 加载这个模块时，请调用 gpu_module_init 这个函数
  • 卸载这个模块时，请调用 gpu_module_exit 这个函数

为什么会这样设计？因为内核不知道你的模块里哪个函数是入口。你得用宏把它"注册"进去。我刚开始学的时候，老觉得这多此一举。后来才明白，这是内核模块框架的约定，不遵守就加载不了。

个人经验：

我习惯在 module_init 函数里做三件事：

  1. 打印模块版本信息（方便调试）
  2. 检查硬件是否存在（比如PCI设备ID）
  3. 分配必要的资源（内存、中断等）

别一股脑全塞进去，分步骤来，出问题了也好定位。

4.4 参数传递：让模块更灵活

你想想看，如果每次加载模块都要改代码，那多麻烦。内核模块支持参数传递，加载时通过命令行传进去。

#include <linux/moduleparam.h>

static int gpu_debug = 0;
static char *gpu_name = "default_gpu";

module_param(gpu_debug, int, 0644);
module_param(gpu_name, charp, 0644);

MODULE_PARM_DESC(gpu_debug, "Enable debug mode (0=off, 1=on)");
MODULE_PARM_DESC(gpu_name, "GPU device name");

static int __init gpu_module_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "GPU module loaded\n");
    printk(KERN_INFO "Debug mode: %d\n", gpu_debug);
    printk(KERN_INFO "GPU name: %s\n", gpu_name);
    return 0;
}

加载时这样用：

sudo insmod gpu_module.ko gpu_debug=1 gpu_name="Mali_G610"

我曾经踩过的坑：

参数权限别乱设。0644表示所有用户可读，只有root可写。如果你设成0666，普通用户也能改内核模块参数，这就有安全风险了。我在一个项目里就因为这个被安全审计骂了一顿。

4.5 参数类型与权限一览

类型 宏 说明 常见用途
int module_param(name, int, perm) 整型参数 调试开关、频率值
charp module_param(name, charp, perm) 字符串指针 设备名称、路径
bool module_param(name, bool, perm) 布尔值 启用/禁用特性
int array module_param_array(name, int, &num, perm) 整型数组 多个寄存器地址

4.6 编译与测试

写个简单的Makefile：

obj-m += gpu_module.o

all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules

clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

编译：

make

加载与卸载：

sudo insmod gpu_module.ko
sudo rmmod gpu_module

查看内核日志：

dmesg | tail

调试小技巧：

我习惯在 printk 里加上模块名前缀，比如 printk(KERN_INFO "[GPU] ...")。这样 dmesg 里一搜 GPU 就能过滤出所有相关日志，省得在一堆内核消息里翻来翻去。

4.7 避坑指南

  • 不要用 printf：内核里没有 printf，只能用 printk。我见过有人把用户态代码直接搬过来，编译报错一脸懵。
  • 返回值别乱写：module_init 返回0表示成功，返回负数表示失败。我曾经返回了1，结果模块加载成功了但内核以为失败了，搞得资源泄漏。
  • 卸载时要清理：你在 init 里申请了内存、注册了中断，exit 里一定要释放。否则模块卸载了，资源还占着，系统迟早崩给你看。

好了，这一章就到这。你把这个模块跑通了，后面讲GPU设备注册、中断处理、内存分配，你就能跟上节奏了。记住，驱动开发没有捷径，但可以从最基础的模块开始，一步步搭起来。

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