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目前幾乎所有的驅(qū)動開發(fā)方面的參考書，內(nèi)容結(jié)構(gòu)都是先介紹介紹什么是Linux驅(qū)動，它分為哪些種類，然后是各種類型設(shè)備的驅(qū)動程序的內(nèi)容細(xì)節(jié)。大都是只注重各種驅(qū)動本身的細(xì)節(jié)，而沒有站在一個全局整體的角度講解一下驅(qū)動開發(fā)的方法。這就導(dǎo)致，大多數(shù)的驅(qū)動開發(fā)者雖然可以正確的編寫驅(qū)動程序，但往往都是只知其一不知其二，知其然而不知其所以然。 此外，目前很多驅(qū)動開發(fā)者，即使是已經(jīng)有多年經(jīng)驗的開發(fā)者，在開發(fā)驅(qū)動的時候也就是填充填充driver的結(jié)構(gòu)體，對于比較成熟的平臺，就是網(wǎng)上找個類似的驅(qū)動修改一下，即使寫十個百個千個驅(qū)動，也就是對某些硬件比較熟，遇到全新的芯片全新的平臺就束手無策。應(yīng)該說這樣對驅(qū)動的理解是很有限的。 這也是目前l(fā)inux驅(qū)動開發(fā)領(lǐng)域的現(xiàn)狀。如何改變這種情況呢？ 首先，我們來認(rèn)識一下linux驅(qū)動的基本面，理解一個新事物的的第一件事就是了解它的一些基本信息，就像我們?nèi)伺c人之間互相認(rèn)識首先也是通過個人的基本信息一樣。 linux驅(qū)動在本質(zhì)上就是一種軟件程序，上層軟件可以在不用了解硬件特性的情況下，通過驅(qū)動提供的接口，和計算機硬件進行通信。 系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，而驅(qū)動程序是內(nèi)核和硬件之間的接口，也就是內(nèi)核和硬件之間的橋梁。它為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以象操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進行操作。 linux驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，管理著系統(tǒng)中的設(shè)備控制器和相應(yīng)的設(shè)備。它主要完成這么幾個功能：對設(shè)備初始化和釋放;傳送數(shù)據(jù)到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù);檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤。 一般來說，一個驅(qū)動可以管理一種類型的設(shè)備。例如不同的U盤都屬于mass storage設(shè)備，我們不需要為每一個U盤編寫驅(qū)動，而只需要一個驅(qū)動就可以管理所有這些mass storage設(shè)備。 為方便我們加入各種驅(qū)動來支持不同的硬件，內(nèi)核抽象出了很多層次結(jié)構(gòu)，這些層次結(jié)構(gòu)是linux設(shè)備驅(qū)動的上層。它們抽象出各種的驅(qū)動接口，驅(qū)動只需要填寫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，就能很容易把新的驅(qū)動添加到內(nèi)核。 一般來說，linux驅(qū)動可以分為三類，就是塊設(shè)備驅(qū)動，字符設(shè)備驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機存取。塊設(shè)備驅(qū)動主要用于磁盤驅(qū)動器。 而字符設(shè)備的I/O操作沒有通過緩存。字符設(shè)備操作以字節(jié)為基礎(chǔ)，但不是說一次只能執(zhí)行一個字節(jié)操作。例如對于字符設(shè)備我們可以通過mmap一次進行大量數(shù)據(jù)交換。字符設(shè)備實現(xiàn)比較簡單和靈活。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于BSD的socket機制。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動為網(wǎng)絡(luò)操作提供接口，管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接送和收發(fā)。為了屏蔽網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多樣性，Linux對所有的物理設(shè)備進行抽象并定義了一個統(tǒng)一的概念，稱之為接口(interface)。所有對網(wǎng)絡(luò)硬件的訪問都是通過接口進行的，接口對上層協(xié)議提供一致化的操作集合來處理基本數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，對下層屏蔽硬件差異。它與字符設(shè)備及塊設(shè)備不同之處其一就是網(wǎng)絡(luò)接口不存在于Linux的設(shè)備文件系統(tǒng)/dev/中。 和前一篇的介紹一樣，看完外表，我們再看內(nèi)涵，就是Linux驅(qū)動的工作流程。大概有四個部分：使用insmod加載，模塊的初始化，進行設(shè)備操作，使用rmmod卸載。 Linux驅(qū)動有兩種存在形式，一種是直接編譯進內(nèi)核，就是我們在配置內(nèi)核的時候，在相應(yīng)選項上選Y，另外一種就是編譯成模塊，按需加載和卸載。通常我們使用insmod命令完成模塊的加載，在加載時還可以指定模塊參數(shù)。另外一個常用的加載工具是modprobe，它與insmod的不同在于它會檢查模塊之間的依賴關(guān)系，將該模塊依賴的模塊也加載到內(nèi)核。 每個驅(qū)動都有自己的初始化函數(shù)，完成一些新功能的注冊，這個初始化函數(shù)只是在初始化的時候被使用。在linux系統(tǒng)里，設(shè)備以文件的形式存在，應(yīng)用程序可以通過open、read等函數(shù)操作設(shè)備，通過設(shè)備文件實現(xiàn)對設(shè)備的訪問。設(shè)備不再使用時，我們使用rmmod命令來卸載它，卸載的過程會調(diào)用到驅(qū)動的推出函數(shù)，每個驅(qū)動都必須有一個退出函數(shù)，沒有的話，內(nèi)核就不會允許去卸載它。 在對linux驅(qū)動的外表和內(nèi)涵都有了一個初步的認(rèn)識之后，我們來看看作為一個驅(qū)動開發(fā)者，我們需要注意哪些問題。 首先，對模塊機制的了解是開發(fā)linux驅(qū)動的基礎(chǔ)，因為我們編寫驅(qū)動的過程也就是在編寫一個內(nèi)核模塊的過程。早期版本的內(nèi)核是整體式的，也就是說所有的部分都靜態(tài)地連接成一個很大的執(zhí)行文件。但是現(xiàn)在的內(nèi)核采用的是新的機制，即模塊機制：許多功能包含在模塊內(nèi)，當(dāng)你需要時可以使用insmod去擁抱它，將它動態(tài)地載入到內(nèi)核里，當(dāng)你不需要時，則可以使用rmmod將它一腳踢開。這就使得kernel的內(nèi)核很小，而且在運行的時候可以不用reboot就能夠載入和替代模塊。 其次，我們要注重對設(shè)備模型的理解。其實從2.6內(nèi)核開始，隨著設(shè)備模型的出現(xiàn)，驅(qū)動的開發(fā)就不再是個困難的問題，毫不夸張得說，理解了設(shè)備模型，再去看那些五花八門的驅(qū)動程序，你會發(fā)現(xiàn)自己站在了另一個高度，從而有了一種俯視的感覺。不過貌似大部分驅(qū)動開發(fā)者都沒意識到這個問題。 最后，是要養(yǎng)成使用協(xié)議的spec、設(shè)備的datasheet、內(nèi)核參考代碼去解決問題的習(xí)慣，而不是一碰到問題就到處尋找所謂的牛人去問怎么解決。 想學(xué)習(xí)的你和我聯(lián)系預(yù)約就可以免費聽課了。 以下課程可免費試聽C語言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 宋工企鵝號：3524-6590-88 Tel/WX：173--1795--1908 |
