嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)基礎(chǔ)總結(jié)（上篇）

1, linux驅(qū)動(dòng)一般分為3大類：

* 字符設(shè)備 * 塊設(shè)備 * 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

2, 開發(fā)環(huán)境構(gòu)建：

* 交叉工具鏈構(gòu)建 * NFS和tftp服務(wù)器安裝

3, 驅(qū)動(dòng)開發(fā)中設(shè)計(jì)到的硬件：

* 數(shù)字電路知識(shí) * ARM硬件知識(shí) * 熟練使用萬用表和示波器 * 看懂芯片手冊(cè)和原理圖

4, linux內(nèi)核源代碼目錄結(jié)構(gòu)：

* arch/: arch子目錄包括了所有和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的核心代碼。它的每一個(gè)子目錄都代表一種支持的體系結(jié)構(gòu)，例如i386就是關(guān)于intel cpu及與之相兼容體系結(jié)構(gòu)的子目錄。 * block/: 部分塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序; * crypto: 常用加密和散列算法(如AES、SHA等)，還有一些壓縮和CRC校驗(yàn)算法; * documentation/: 文檔目錄,沒有內(nèi)核代碼，只是一套有用的文檔; * drivers/: 放置系統(tǒng)所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序;每種驅(qū)動(dòng)程序又各占用一個(gè)子目錄：如，/block 下為塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，比如ide(ide.c)。如果你希望查看所有可能包含文件系統(tǒng)的設(shè)備是如何初始化的，你可以看 drivers/block/genhd.c中的device_setup()。 * fs/: 所有的文件系統(tǒng)代碼和各種類型的文件操作代碼，它的每一個(gè)子目錄支持一個(gè)文件系統(tǒng), 例如fat和ext2; * include/: include子目錄包括編譯核心所需要的大部分頭文件。與平臺(tái)無關(guān)的頭文件在 include/linux子目錄下，與 intel cpu相關(guān)的頭文件在include/asm-i386子目錄下,而include/scsi目錄則是有關(guān)scsi設(shè)備的頭文件目錄; * init/: 這個(gè)目錄包含核心的初始化代碼(注：不是系統(tǒng)的引導(dǎo)代碼)，包含兩個(gè)文件main.c和Version.c，這是研究核心如何工作的好的起點(diǎn)之一; * ipc/: 這個(gè)目錄包含核心的進(jìn)程間通訊的代碼; * kernel/: 主要的核心代碼，此目錄下的文件實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)linux系統(tǒng)的內(nèi)核函數(shù)，其中最重要的文件當(dāng)屬sched.c;同樣，和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼在arch/i386/kernel下; * lib/: 放置核心的庫代碼; * mm/：這個(gè)目錄包括所有獨(dú)立于 cpu 體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)存管理代碼，如頁式存儲(chǔ)管理內(nèi)存的分配和釋放等;而和體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)存管理代碼則位于arch/i386/mm/下; * net/: 核心與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的代碼; * scripts/: 描述文件，腳本，用于對(duì)核心的配置; * security: 主要是一個(gè)SELinux的模塊; * sound: 常用音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等; * usr: 實(shí)現(xiàn)了用于打包和壓縮的cpio;

5, 內(nèi)核的五個(gè)子系統(tǒng)：

* 進(jìn)程調(diào)試(SCHED) * 內(nèi)存管理(MM) * 虛擬文件系統(tǒng)(VFS) * 網(wǎng)絡(luò)接口(NET) * 進(jìn)程間通信(IPC)

6, linux內(nèi)核的編譯：

* 配置內(nèi)核：make menuconfig，使用后會(huì)生成一個(gè).confiig配置文件，記錄哪些部分被編譯入內(nèi)核，哪些部分被編譯成內(nèi)核模塊。 * 編譯內(nèi)核和模塊的方法：make zImage Make modules * 執(zhí)行完上述命令后，在arch/arm/boot/目錄下得到壓縮的內(nèi)核映像zImage，在內(nèi)核各對(duì)應(yīng)目錄得到選中的內(nèi)核模塊。

7, 在linux內(nèi)核中增加程序

(直接編譯進(jìn)內(nèi)核)要完成以下3項(xiàng)工作： * 將編寫的源代碼拷入linux內(nèi)核源代碼相應(yīng)目錄 * 在目錄的Kconifg文件中增加關(guān)于新源代碼對(duì)應(yīng)項(xiàng)目的編譯配置選項(xiàng) * 在目錄的Makefile文件中增加對(duì)新源代碼的編譯條目

8, linux下C編程的特點(diǎn)：

內(nèi)核下的Documentation/CodingStyle描述了linux內(nèi)核對(duì)編碼風(fēng)格的要求。具體要求不一一列舉，以下是要注意的： * 代碼中空格的應(yīng)用 * 當(dāng)前函數(shù)名： GNU C預(yù)定義了兩個(gè)標(biāo)志符保存當(dāng)前函數(shù)的名字，__FUNCTION__保存函數(shù)在源碼中的名字，__PRETTY_FUNCTION__保存帶語言特色的名字。 由于C99已經(jīng)支持__func__宏，在linux編程中應(yīng)該不要使用__FUNCTION__,應(yīng)該使用__func__。 *內(nèi)建函數(shù)：不屬于庫函數(shù)的其他內(nèi)建函數(shù)的命名通常以__builtin開始。

9，內(nèi)核模塊

內(nèi)核模塊主要由如下幾部分組成： (1) 模塊加載函數(shù) (2) 模塊卸載函數(shù) (3) 模塊許可證聲明(常用的有Dual BSD/GPL,GPL,等) (4) 模塊參數(shù)(可選)它指的是模塊被加載的時(shí)候可以傳遞給它的值，它本身對(duì)應(yīng)模塊內(nèi)部的全局變量。例如P88頁中講到的一個(gè)帶模塊參數(shù)的例子： insmod book.ko book_name=”GOOD BOOK” num=5000 (5) 模塊導(dǎo)出符號(hào)(可選)導(dǎo)出的符號(hào)可以被其他模塊使用，在使用之前只需聲明一下。 (6) 模塊作者等聲明信息(可選) 以下是一個(gè)典型的內(nèi)核模塊：

/*

* A kernel module: book

* This example is to introduce module params

*

* The initial developer of the original code is Baohua Song

* . All Rights Reserved.

*/

#include #include

static char *book_name = “dissecting Linux Device Driver”;static int num = 4000;

static int book_init(void)

{

printk(KERN_INFO “ book name:%sn”,book_name);

printk(KERN_INFO “ book num:%dn”,num);

return 0;

}

static void book_exit(void)

{

printk(KERN_INFO “ Book module exitn “);

}

module_init(book_init);

module_exit(book_exit);

module_param(num, int, S_IRUGO);

module_param(book_name, charp, S_IRUGO);

MODULE_AUTHOR(“Song Baohua, author@linuxdriver.cn”);

MODULE_LICENSE(“Dual BSD/GPL”);

MODULE_DESCRIPTION(“A simple Module for testing module params”);

MODULE_VERSION(“V1.0”);

注意：標(biāo)有__init的函數(shù)在鏈接的時(shí)候都放在.init.text段，在.initcall.init中還保存了一份函數(shù)指針，初始化的時(shí)候內(nèi)核會(huì)通過這些函數(shù)指針調(diào)用__init函數(shù)，在初始化完成后釋放init區(qū)段。

模塊編譯常用模版：

KVERS = $(shell uname -r)# Kernel modules

obj-m += book.o# Specify flags for the module compilation.#EXTRA_CFLAGS=-g -O0build: kernel_moduleskernel_modules:[!--empirenews.page--]

make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) modules

clean:

make -C /lib/modules/$(KVERS)/build M=$(CURDIR) clean

注意要指明內(nèi)核版本，并且內(nèi)核版本要匹配——編譯模塊使用的內(nèi)核版本要和模塊欲加載到的那個(gè)內(nèi)核版本要一致。 模塊中經(jīng)常使用的命令：

insmod,lsmod,rmmod

· 1

· 2

系統(tǒng)調(diào)用：

int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode);

· 1

· 2

flag表示文件打開標(biāo)志，如：O_RDONLY mode表示文件訪問權(quán)限，如：S_IRUSR(用戶可讀)，S_IRWXG(組可以讀、寫、執(zhí)行)

10，linux文件系統(tǒng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)的關(guān)系

應(yīng)用程序和VFS之間的接口是系統(tǒng)調(diào)用，而VFS與磁盤文件系統(tǒng)以及普通設(shè)備之間的接口是file_operation結(jié)構(gòu)體成員函數(shù)。

兩個(gè)重要的函數(shù)： (1)struct file結(jié)構(gòu)體定義在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11內(nèi)核)中定義。文件結(jié)構(gòu)體代表一個(gè)打開的文件，系統(tǒng)中每個(gè)打開的文件在內(nèi)核空間都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的struct file。它由內(nèi)核在打開文件時(shí)創(chuàng)建，并傳遞給在文件上進(jìn)行操作的任何函數(shù)。在文件的所有實(shí)例都關(guān)閉后，內(nèi)核釋放這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在內(nèi)核創(chuàng)建和驅(qū)動(dòng)源碼中，struct file的指針通常被命名為file或filp。 在驅(qū)動(dòng)開發(fā)中，文件讀/

寫模式mode、標(biāo)志f_flags都是設(shè)備驅(qū)動(dòng)關(guān)心的內(nèi)容，而私有數(shù)據(jù)指針private_data在驅(qū)動(dòng)中被廣泛使用，大多被指向設(shè)備驅(qū)動(dòng)自定義的用于描述設(shè)備的結(jié)構(gòu)體。驅(qū)動(dòng)程序中常用如下類似的代碼來檢測(cè)用戶打開文件的讀寫方式：

if (file->f_mode & FMODE_WRITE) //用戶要求可寫

{

}if (file->f_mode & FMODE_READ) //用戶要求可讀

{

下面的代碼可用于判斷以阻塞還是非阻塞方式打開設(shè)備文件：

if (file->f_flags & O_NONBLOCK) //非阻塞

pr_debug("open:non-blockingn");else //阻塞

pr_debug("open:blockingn");

(2)struct inode結(jié)構(gòu)體定義在linux/fs.h中

11，devfs、sysfs、udev三者的關(guān)系：

(1)devfs linux下有專門的文件系統(tǒng)用來對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，devfs和sysfs就是其中兩種。在2.4內(nèi)核4一直使用的是devfs，devfs掛載于/dev目錄下，提供了一種類似于文件的方法來管理位于/dev目錄下的所有設(shè)備，我們知道/dev目錄下的每一個(gè)文件都對(duì)應(yīng)的是一個(gè)設(shè)備，至于當(dāng)前該設(shè)備存在與否先且不論，而且這些特殊文件是位于根文件系統(tǒng)上的，在制作文件系統(tǒng)的時(shí)候我們就已經(jīng)建立了這些設(shè)備文件，因此通過操作這些特殊文件，可以實(shí)現(xiàn)與內(nèi)核進(jìn)行交互。但是devfs文件系統(tǒng)有一些缺點(diǎn)，例如：不確定的設(shè)備映射，有時(shí)一個(gè)設(shè)備映射的設(shè)備文件可能不同，例如我的U盤可能對(duì)應(yīng)sda有可能對(duì)應(yīng)sdb;沒有足夠的主/次設(shè)備號(hào)，當(dāng)設(shè)備過多的時(shí)候，顯然這會(huì)成為一個(gè)問題;/dev目錄下文件太多而且不能表示當(dāng)前系統(tǒng)上的實(shí)際設(shè)備;命名不夠靈活，不能任意指定等等。 (2)sysfs 正因?yàn)樯鲜鲞@些問題的存在，在linux2.6內(nèi)核以后，引入了一個(gè)新的文件系統(tǒng)sysfs，它掛載于/sys目錄下，跟devfs一樣它也是一個(gè)虛擬文件系統(tǒng)，也是用來對(duì)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行管理的，它把實(shí)際連接到系統(tǒng)上的設(shè)備和總線組織成一個(gè)分級(jí)的文件，用戶空間的程序同樣可以利用這些信息以實(shí)現(xiàn)和內(nèi)核的交互，該文件系統(tǒng)是當(dāng)前系統(tǒng)上實(shí)際設(shè)備樹的一個(gè)直觀反應(yīng)，它是通過kobject子系統(tǒng)來建立這個(gè)信息的，當(dāng)一個(gè)kobject被創(chuàng)建的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的文件和目錄也就被創(chuàng)建了，位于/sys下的相關(guān)目錄下，既然每個(gè)設(shè)備在sysfs中都有唯一對(duì)應(yīng)的目錄，那么也就可以被用戶空間讀寫了。用戶空間的工具udev就是利用了sysfs提供的信息來實(shí)現(xiàn)所有devfs的功能的，但不同的是udev運(yùn)行在用戶空間中，而devfs卻運(yùn)行在內(nèi)核空間，而且udev不存在devfs那些先天的缺陷。 (3)udev udev是一種工具，它能夠根據(jù)系統(tǒng)中的硬件設(shè)備的狀況動(dòng)態(tài)更新設(shè)備文件，包括設(shè)備文件的創(chuàng)建，刪除等。設(shè)備文件通常放在/dev目錄下，使用udev后,在/dev下面只包含系統(tǒng)中真實(shí)存在的設(shè)備。它于硬件平臺(tái)無關(guān)的，位于用戶空間，需要內(nèi)核sysfs和tmpfs的支持，sysfs為udev提供設(shè)備入口和uevent通道，tmpfs為udev設(shè)備文件提供存放空間。

12，linux設(shè)備模型：

在linux內(nèi)核中，分別使用bus_type,device_driver,device來描述總線、驅(qū)動(dòng)和設(shè)備，這3個(gè)結(jié)構(gòu)體定義于include/linux/device.h頭文件中。驅(qū)動(dòng)和設(shè)備正是通過bus_type中的match()函數(shù)來配對(duì)的。