Linux驱动——笔记

在单片机中可以直接读写寄存器
在linux中无法直接读取寄存器，只能通过驱动进行硬件操作。
单片机：MCU微控制器

跑Linux的：MPU微处理器，有MMU内存管理单元（有权限管理）

单片机程序中没有严格的区分APP和Driver，可以直接调用驱动，通过分层思想进行人为区分，Linux中有严格的划分，APP不能直接调用驱动函数。

2.APP如何找驱动

系统内部，会将open函数中的参数保存在寄存器里，如文件地址保存在a寄存器，操作指令保存在R寄存器，然后会调用一条swi汇编指令，这个swi汇编指令最终会导致某个硬件出现异常，一但发送异常就是进入到异常处理函数（由内核提供），在异常处理函数中根据R寄存器中的值，判断你是要调用内核提供的什么函数，如sys_open。

通过swi这种汇编指令触发一个异常，cpu执行异常处理函数（内核提供），在执行之前，设置一个寄存器，用于区分open、read、write

swi是软件异常，software interrupt

open、write、read是一个库写的，如glibc
glibc中通过设置寄存器，并触发swi
然后cpu处理异常，分辨寄存器中的内容
判断内容是普通文件还是特殊文件，如果是设备，则调用驱动

为什么打开某个设备文件，能够被正确识别：

根据主设备号找到驱动程序。

以上述的代码片段为例，为什么要去打开"/dev/hello"，我们可以先去查看一下/dev目录下有什么。

在开发板上执行:

cpp 复制代码

[root@100ask:/]# cd /dev/
[root@100ask:/dev]# ls -l

可以查看到如下：

前面带有c开头的都是字符设备节点，4则是他们的主设备号（不是所有的字符设备节点主设备号都是4，这只是我截图恰巧），4旁边就是他们的次设备号。（这是大概的说法，便于理解）

驱动程序是存储在一个结构体链表中，当你使用open去打开某个字符设备节点时，他会根据主设备号去到链表中查找驱动程序。

3.数据传输

1.APP和驱动间的数据传输

APP无法直接访问内核：否则内核态容易被破坏了。
APP也就无法传递数据给驱动，驱动属于内核的一部分。
驱动也无法直接方位APP的变量。
驱动要访问APP的数据，必须使用这2个函数：
- copy_to_user
- copy_from_user

2.驱动和硬件间数据传输

4.如何写驱动程序

这篇主要讲app访问驱动的原理，具体怎么写一个驱动程序可以查看这篇文章：

如何写第一个驱动

1.确定主设备号

既然是根据主设备号查找驱动程序，当然得先分配主设备号。可以通过/proc/devices来找到目前被占用的，也可以直接设置为0，让系统自行选择没有占用的。

2.构造结构体

驱动程序是存储在结构体链表中的，当然得为他构造一个结构体（struct file_operations），才能将他放入链表中。

3.注册

注册就是将这个结构体放入链表中，然后会给你返回一个主设备号。那么以后当我们要访问这个驱动程序的时候，只需要根据主设备号进入链表中查询就可以了。

4.入口

注册函数当然得有人来调用了，这个人就是入口函数，当我们装载一个驱动时，首先会进入驱动程序的入口函数，这些注册函数都是写在入口函数中，将我们构造的结构体放入链表。

5.入口详解

我们以有多个led为例：

当你使用register_chrdev注册字符设备驱动后得到一个主设备号，这个主设备号用于标识设备的类型，通常代表一类设备。

对于有多个 LED 灯的情况，你可以使用class_create创建一个设备类，这样有助于对这一类 LED 设备进行统一的管理和分类展示。设备类主要是在逻辑上对具有相似特性的设备进行分组，它在 /sys/class/下创建一个目录，方便用户和系统以一种更有条理的方式查看和管理设备。

然后使用device_create为每个具体的 LED 灯创建设备实例，并在 /dev/下创建对应的设备文件节点。通过这种方式，每个 LED 灯都有一个对应的设备文件，可以被用户空间程序通过操作这些设备文件来控制相应的 LED 灯。每个设备实例可以有不同的次设备号，用于区分不同的 LED 灯。

就像是他们有着同一个主设备号，代表他们的逻辑相似，但他们有着不同的次设备号，代表他们是不同的个体，然后 device_create会为他们创建具体的设备节点。

6.设备树

1.内核对设备树的处理

dtb中每一个节点都被转换为device_node结构体

2.设备树语法

设备树（Device Tree）是一种描述硬件设备的数据结构，用于向操作系统传递硬件信息。以下是设备树的基本语法：

节点（Nodes）：
- 设备树由一个或多个节点组成，每个节点代表一个硬件设备或硬件组件。
- 节点用大括号括起来，节点名称放在括号前面，例如：node-name {... }。
- 节点名称通常反映了硬件设备的类型或功能。
属性（Properties）：
- 节点可以包含一个或多个属性，用于描述硬件设备的特性。
- 属性用键值对的形式表示，例如：property-name = "value";。
- 属性值可以是字符串、整数、数组等数据类型。
引用（References）：
- 节点可以通过引用其他节点来表示硬件设备之间的关系。
- 引用使用节点路径的形式，例如：&node-name。
- 引用可以用于指定设备的父节点、子节点、连接的设备等。
子节点（Child Nodes）：
- 节点可以包含子节点，用于表示硬件设备的层次结构。
- 子节点放在父节点的大括号内，例如：parent-node { child-node {... } }。
标签（Labels）：
- 节点可以有一个或多个标签，用于方便地引用节点。
- 标签用尖括号括起来，放在节点名称后面，例如：node-name<label1><label2> {... }。

以下是一个简单的设备树示例：

cpp 复制代码

/dts-v1/;

/ {
    model = "My Board";
    compatible = "my-board,generic-arm";

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            reg = <0>;
        }
    }

    memory {
        device_type = "memory";
        reg = <0x0 0x20000000 0x0 0x40000000>;
    }
};

在这个示例中，根节点 / 代表整个设备，包含了 model 和 compatible 属性，以及 cpus 和 memory 子节点。cpus 节点包含了一个 cpu@0 子节点，代表一个 CPU。memory 节点描述了设备的内存。

3.节点的常见属性

在设备树中，属性用于描述硬件设备的特性和配置信息。以下是一些常见的设备树属性：

compatible：用于指定设备的兼容性列表。它是一个字符串数组，每个字符串表示一种设备的兼容性。操作系统可以根据这个属性来识别和加载相应的设备驱动程序。
- 例如：compatible = "fsl,imx6qdl-sabresd", "fsl,imx6q" 表示该设备与飞思卡尔 i.MX6QDL SabreSD 开发板以及其他兼容 i.MX6Q 的设备兼容。
model：描述设备的型号或名称。
- 例如：model = "My Board Model"。
reg：用于描述设备的寄存器地址范围。通常是一个地址和长度的列表。
- 例如：reg = <0x10000000 0x1000 0x20000000 0x2000> 表示设备的寄存器地址范围从 0x10000000 开始，长度为 0x1000，另一个地址范围从 0x20000000 开始，长度为 0x2000。
interrupts：描述设备的中断请求（IRQ）线。
- 例如：interrupts = <0 23 4> 表示设备使用中断号 23，触发方式为上升沿触发（4 表示上升沿触发，具体的触发方式定义可能因平台而异）。
clocks：指定设备使用的时钟源。
- 例如：clocks = <&clocks clk1>, <&clocks clk2> 表示设备使用名为 clk1 和 clk2 的时钟源。
status：表示设备的状态，可以是 "okay"、"disabled" 等。
- 例如：status = "disabled" 表示设备当前被禁用。
address-cells 和 size-cells：用于描述子节点的地址和大小的单元数量。在设备树的层次结构中，父节点可以包含多个子节点，每个子节点可能有不同的地址和大小。这两个属性告诉操作系统如何解析子节点的地址和大小信息。
- 例如：在一个总线节点中，address-cells = <2> 和 size-cells = <1> 表示子节点的地址使用两个单元（通常是 32 位地址和 32 位地址偏移），大小使用一个单元（通常是 32 位长度）。
#address-cells 和 #size-cells ：与 address-cells 和 size-cells 类似，但用于描述当前节点的地址和大小的单元数量。
- 例如：在一个设备节点中，#address-cells = <1> 和 #size-cells = <0> 表示该设备的地址使用一个单元（通常是 32 位地址），大小不使用单元（即固定大小）。