文章目录
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- 前情提要
- [第五章 嵌入式 Linux 驱动开发](#第五章 嵌入式 Linux 驱动开发)
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- 1) 设备驱动的概念、抽象层次、分类、特点、安装方法 设备驱动的概念、抽象层次、分类、特点、安装方法)
- 2) 设备驱动开发过程 设备驱动开发过程)
- 3) 字符设备驱动结构，file_operations 里常用的接口函数、驱动的结构 字符设备驱动结构，file_operations 里常用的接口函数、驱动的结构)
- 4) 所有的函数不需要背 所有的函数不需要背)
前情提要
本人是一名大三学生，由于期末复习需要，所以按照老师的ppt总结整理此笔记，希望对你有所帮助
第五章 嵌入式 Linux 驱动开发
- 设备驱动的概念、抽象层次、分类、特点、安装方法
- 设备驱动开发过程
- 字符设备驱动结构，file_operations 里常用的接口函数、驱动的结构
- 所有的函数不需要背
1) 设备驱动的概念、抽象层次、分类、特点、安装方法
设备驱动程序介于操作系统和硬件之间，屏蔽了硬件设备的物理细节，并提供了访问各种硬件设备的统一接口。Linux内核源程序中占有60%以上。
应用程序 库 内核 驱动程序之间的关系
什么是驱动程序：
- 作为操作系统的一部分（OS = Kernel + Device Driver）
- 向上为Linux系统提供访问硬件统一调用接口
- 向下用于控制硬件：与Arm裸机程序一样，通过读写硬件寄存器达到控制硬件的目的
- 驱动程序的运行是被动的
- 驱动只是告诉内核"我在这里,我能做这些工作"：向内核注册
- 这些工作何时开始，取决于应用程序：应用触发驱动
设备驱动分类
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字符设备驱动
设备以字节流 方式访问（以字节为单位读写）
字符设备驱动实现了open、close 、read、write 等系统调用
应用程序通过设备文件 （如/dev/ttySAC0）访问设备
字符设备文件的第一个标志是前面的"c"标志。$ ls --l /dev
crw-rw---- 1 root uucp 4, 64 08-30 22:58 ttyS0 /串口设备， c表示字符设备/
crw-rw---- 1 root uucp 3, 4 08-30 22:58 ttyS0 /* 主设备号3，此设备号4 */ -
块设备驱动
设备上的数据以块的方式存放 （如NAND Flash上的数据以页为单位）
块设备驱动程序也向用户层提供open、close
应用通过设备文件 (如/dev/sda1)来访问设备
块设备驱动特别之处：
（1）操作硬件的实现方式不一样：先将数据组织成块，再操作设备
（2）数据块上的数据按照一定的格式组织：存放文件系统，实现mount
例如，在系统中的块设备IDE硬盘的主设备号是3，而多个IDE硬盘及其各个分区分别赋予次设备号1、2、3......
$ ls --l /dev
brw-r----- 1 root floppy 2, 0 08-30 22:58 fd0/*软盘设备，b表示块设备*/- 网络设备驱动
设备上的数据以不固定大小的帧 输入与输出
没有/dev上对应的设备文件，不通过open、read、write操作
系统为网络设备访问分配唯一接口（如eth0）
为应用层提供一套数据包传输函数访问接口（SOCKET）
2) 设备驱动开发过程
- 查看原理图、数据手册，了解设备的操作方法
- 在内核中找到相近的驱动程序，以它为模板开发
- 实现驱动程序的初始化，并向内核注册
- 按照内核规定的驱动框架，实现相关操作函数（如open、read、write）
- 编译 驱动程序到内核中 ，或者编译成模块并挂载（insmod）到内核
直接编译进内核
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将驱动模块源码合入内核源码
- 设备驱动程序应包含在drivers子目录
- 首先确认是否存在于设备驱动程序特性相似的目录名
- 存在则插入相应目录，否则字符类型插入char目录，块类型插入block目录，网络类型插入net目录
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修改内核编译选项文件
- Linux内核支持使用内核编译选项包含到内核中的功能
- make menuconfig读入这些内核编译选项文件来配置内核
- 2.6内核编译选项文件为KConfig
- 进入加入了驱动模块的目录，修改目录下的KConfig，使得加入的驱动能在配置项中显示
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修改内核源码中的Makefile
- Makefile指定了驱动程序的编译规则，使得驱动程序能包含到内核image中
- Makefile根据make menuconfig配置设定的编译条件变量，决定是要把特定源代码编译成模块还是包含到内核中，或者是清除。
- 进入合入了驱动模块的目录，修改改目录下的Makefile，使得合入的驱动源码能编译进内核
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确认合入内核的驱动在内核启动时自动运行
- 重新编译并启动新内核，dmesg=>确认"hello world"已打印出来
- 带**__int标志**的函数被放入初始化代码段，内核会依次调用初始化代码段的
- 函数,并在初始化完成后释放 init 区段.
编译成模块
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模块加载函数（必需）
安装模块时被系统自动调用的函数，通过module_init宏来指定
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模块卸载函数（必需）
卸载模块时被系统自动调用的函数，通过module_exit宏来指定
加载 insmod (insmod hello.ko)
卸载 rmmod (rmmod hello)
查看 lsmod
加载 modprobe （modprobe hello)
modprobe 如同 insmod, 也是加载一个模块到内核。它的不同
之处在于它会根据/lib/modules/<$version>/modules.dep
来查看要加载的模块, 看它是否还依赖于其他模块，如果是，
modprobe 会首先找到这些模块, 把它们先加载到内核。
3) 字符设备驱动结构，file_operations 里常用的接口函数、驱动的结构
总体结构：
3、调用关系
（1）当应用程序使用open打开某个设备（/dev的设备文件)
设备驱动程序file_operations结构中open成员函数被调用
（2）当应用程序使用使用read、write、ioctl等函数读写、控制设备
设备驱动程序file_operations结构中read、write、ioctl等成员函数被调用
4、字符设备驱动程序目的
为具体硬件设备file_operations 结构实现操作设备所需的成员函数
5、设备文件与驱动程序file_operations结构的对应关系
主设备号用来标识 与设备文件相连 的驱动程序，次编号 背驱动程序来辨别操作的是那个设备
主设备号 用来反映设备类型
次设备号 用来区分同类型的设备
6、设备驱动注册
在驱动中init 函数中实现的。
c
//老注册接口
register_chrdev(DEV_MAJOR, DEV_NAME, &dev_ops);
//2.6内核使用cdev来描述一个字符设备
cdev_init(&s_cdev, &dev_ops); //初始化cdev
ret = cdev_add(&s_cdev, s_dev, DEV_COUNT); //注册cdev注册完成后，应用程序操作设备文件时，系统就会根据
主设备号找到内核中注册file_operations结构
驱动程序举例：
字符驱动程序框架
- 包含头文件
编写字符驱动程序时需要的内核头文件 - 定义常量
定义模块的主设备号和名称，它们将在字符设备的初始化的注册函数中使用。 - 函数声明
声明需要使用的函数，将被注册到文件操作数据结构struct file_operations中。 - 文件操作数据结构的指针
c
static struct file_operations virtual_char_fops={
owner: THIS_MODULE,
llseek: virtual_char_llseek,
read: virtual_char_read,
write: virtual_char_write,
ioctl: virtual_char_ioctl,
open: virtual_char_open,
release: virtual_char_close,
}这是驱动程序的核心部分，定义了一个静态文件操作数据结构，将数据结构中几个成员赋值为驱动程序中函数的指针
5. 函数中的各种操作
- module_init()注册的函数执行设备文件的注册
- module_exit()注册的函数执行设备文件的卸载。
- open中增加引用计数；close中减少引用计数。
- write/read中执行定义的读写操作，内容传递主要通过缓冲区的指针buf。
- ioctl中执行驱动程序自定义的命令，根据cmd选择要执行的命令- 应用程序
linux的应用程序与驱动程序调用关系
应用程序使用驱动程序主要有以下几个步骤:
- 使用open打开设备文件
- 在使用驱动程序的时候,根据需要调用write/read/ioctl等操作
- 使用close关闭设备文件