Linux 设备驱动概述
Linux 设备驱动是内核与硬件交互的核心桥梁，负责屏蔽硬件细节、提供统一操作接口。其以内核模块为主要存在形式，支持动态加载 / 卸载，核心功能涵盖硬件初始化、中断处理、电源管理及数据传输，是嵌入式 Linux 系统实现硬件控制的关键组件。
一.Device Tree
2.1 设备树的核心价值
设备树是种硬件描述语言，早年用于 PowerPC，后来因 ARM 设备的问题普及。
早期 ARM 设备多且硬件配置乱（不同厂商、型号的外设地址、中断号都不同）。传统 Linux 得给每款设备写专属 BSP，把硬件信息硬编码进内核，导致内核臃肿、编译慢、维护难。
设备树则把硬件描述抽成 DTS/dtsi 文件，编译成 DTB 后由 bootloader 加载。内核读 DTB 就知硬件配置，不用改源码就能适配不同设备。
现在它成了 ARM、RISC-V 的标准，让同一内核兼容多硬件，移植维护更简单。
2.2 设备树四大核心要素（含 dtsi）
设备树的完整工作流依赖四大关键要素，其中dtsi是实现硬件描述复用的核心，具体如下：
|-------|-----------------------------|----------|-------------------------------------------|--------------|
| 要素 | 全称 | 格式 / 类型 | 核心作用 | 文件扩展名 |
| DTS | Device Tree Source | 文本文件 | 描述特定单板的硬件细节（如板级外设、引脚配置） | .dts |
| DTSI | Device Tree Source Include | 文本文件 | 存放多个 DTS 共享的通用硬件描述（如 SOC 内核、通用外设），实现代码复用 | .dtsi |
| DTC | Device Tree Compiler | 编译工具 | 将 DTS（含引用的 dtsi）编译为内核可解析的二进制文件 | 无（工具命令为dtc） |
| DTB | Device Tree Blob | 二进制文件 | 内核启动时解析的硬件描述文件，由 DTS 经 DTC 编译生成 | .dtb |
关键关系链路
通用硬件描述（dtsi） → 被特定单板描述（DTS）引用 → 经DTC编译 → 生成内核可解析文件（DTB） → 内核启动时加载解析，获取硬件信息。
2.3 设备树基本结构
一个典型的 DTS 文件结构如下：
/dts-v1/;
#include "skeleton.dtsi" // 包含公共定义
/ {
model = "My Development Board";
compatible = "myboard,rev1";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>; // 起始地址和大小
};
chosen {
bootargs = "console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0";
};
soc {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "simple-bus";
ranges;
uart0: serial@12340000 {
compatible = "ns16550a";
reg = <0x12340000 0x100>;
interrupts = <5 0>;
clock-frequency = <1843200>;
};
i2c0: i2c@12350000 {
compatible = "nxp,pca9548";
reg = <0x12350000 0x100>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
/* I2C设备 */
};
};
};主要元素说明：
/：根节点compatible：兼容性字符串，用于内核匹配相应的设备驱动reg：寄存器地址信息，格式为<地址 长度>interrupts：中断信息#address-cells和#size-cells：指定子节点 reg 属性的地址和长度字段数量
2.4设备树在驱动中的应用
在设备驱动中，可以通过以下函数获取设备树中的信息：
// 获取属性值
ssize_t of_property_read_string(struct device_node *np,
const char *propname,
const char **out_string);
// 读取整数属性
int of_property_read_u32(struct device_node *np,
const char *propname,
u32 *out_value);
// 获取reg属性
int of_address_to_resource(struct device_node *dev,
int index,
struct resource *r);
// 匹配compatible字符串
const struct of_device_id *of_match_device(const struct of_device_id *matches,
struct device *dev);platform平台驱动中使用设备树匹配的示例：
static const struct of_device_id my_driver_of_match[] = {
{ .compatible = "myvendor,mydevice" },
{ /* Sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_driver_of_match);
static struct platform_driver my_driver = {
.probe = my_probe,
.remove = my_remove,
.driver = {
.name = "my-driver",
.of_match_table = my_driver_of_match,
},
};
module_platform_driver(my_driver);2.5 api函数
二.字符设备驱动框架
2.1 字符设备注册顺序
1.驱动模块加载与删除 (module_init 和 module_exit) - > 2.编写模块加载的函数->3.给字符设备注册主设备号与次设备号->4.初始化一个字符设备cdev并且将其添加进linux系统->5.创建一个抽象类 ->创建设备节点（使得设备能够自动在/dev目录下生成）
2.2 api函数
1.驱动模块加载：module_init(function)
2.驱动模块删除：module_exit(function)
3.字符设备号
（1）手动：
MKDEV(ma,mi) + register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
注：其中ma为主设备号 mi为次设备号
（2）自动，但得确定次设备号：
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
（3）注销：unregister_chrdev_region**(devid,unsigned num)****;**
4.初始化字符设备
初始化：void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
删除：void cdev_del(struct cdev *p)
5.字符设备
添加：int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
6.类
创建：struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)
删除：void class_destroy(struct class *cls);
7.设备
创建：
struct device *device_create(struct class *class,
struct device *parent,
dev_t devt,
void *drvdata,
const char *fmt, ...)
销毁： void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
2.3 示例
cpp
#define GPIOLED_CNT 1
#define GPIOLED_NAME "gpioled"
#define LEDON 1
#define LEDOFF 0
struct gpioled_dev{
dev_t devid;
struct cdev cdev;
struct class *class;
struct device *device;
int major;
int minor;
struct device_node *nd;
int led_gpio;
};
static int __init led_init(void)
{
int ret;
if(gpioled.major){
gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major,0);
register_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT,GPIOLED_NAME);
}else{
alloc_chrdev_region(&gpioled.devid,0,GPIOLED_CNT,GPIOLED_NAME);
gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);
gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);
}
printk("major = %d,minor = %d",gpioled.major,gpioled.minor);
gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&gpioled.cdev,&gpioled_fops);
cdev_add(&gpioled.cdev,gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
gpioled.class = class_create(THIS_MODULE,GPIOLED_NAME);
if(IS_ERR(gpioled.class)){
return PTR_ERR(gpioled.class);
}
gpioled.device = device_create(gpioled.class,NULL,gpioled.devid,NULL,GPIOLED_NAME);
if(IS_ERR(gpioled.device)){
return PTR_ERR(gpioled.device);
}
return 0;
}
static void __exit led_exit(void)
{
cdev_del(&gpioled.cdev);
unregister_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
device_destroy(gpioled.class,gpioled.devid);
class_destroy(gpioled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("GARY");三.操作gpio
3.1
3.2
3.3
3.4
四.input子系统
五linux中断
5.1 设备树编写
先观察dtsi里面的intc中断控制节点
cpp
intc: interrupt-controller@00a01000 {
compatible = "arm,cortex-a7-gic";
#interrupt-cells = <3>;
interrupt-controller;
reg = <0x00a01000 0x1000>,
<0x00a02000 0x100>;
};发现它有三个cell ：
第一个cell对应的是中断类型，0 ：SPI 中断，1 ：PPI 中断。
第二个cell对应的是中断号 ，对于spi(0~987) 对于ppi(0~15)
第三个cell对应的是中断类型，1：上升沿触发 2：下降沿触发 4：高电平触发 5：低电平触发
接着，举一个例子
cpp
fxls8471@1e {
compatible = "fsl,fxls8471";
reg = <0x1e>;
position = <0>;
interrupt-parent = <&gpio5>;
interrupts = <0 8>;
};可以知道它是对应gpio5,低电平触发的中断
5.2 中断的顺序
1.获取中断号(可从设备树或者使用的gpio_to_irq获取)->2.注册中断->3,编写中断复位函数
5.3