嵌入式Linux驱动开发基础总结（上篇）

1, linux驱动一般分为3大类：

＊ 字符设备 ＊ 块设备 ＊ 网络设备

2, 开发环境构建：

＊ 交叉工具链构建 ＊ NFS和tftp服务器安装

3, 驱动开发中设计到的硬件：

＊ 数字电路知识 ＊ ARM硬件知识 ＊ 熟练使用万用表和示波器 ＊ 看懂芯片手册和原理图

4, linux内核源代码目录结构：

＊ arch/: arch子目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。它的每一个子目录都代表一种支持的体系结构，例如i386就是关于intel cpu及与之相兼容体系结构的子目录。 ＊ block/: 部分块设备驱动程序； ＊ crypto: 常用加密和散列算法（如AES、SHA等），还有一些压缩和CRC校验算法； ＊ documentation/: 文档目录,没有内核代码，只是一套有用的文档； ＊ drivers/: 放置系统所有的设备驱动程序；每种驱动程序又各占用一个子目录：如，/block 下为块设备驱动程序，比如ide（ide.c）。如果你希望查看所有可能包含文件系统的设备是如何初始化的，你可以看 drivers/block/genhd.c中的device_setup()。 ＊ fs/: 所有的文件系统代码和各种类型的文件操作代码，它的每一个子目录支持一个文件系统, 例如fat和ext2； ＊ include/: include子目录包括编译核心所需要的大部分头文件。与平台无关的头文件在 include/linux子目录下，与 intel cpu相关的头文件在include/asm-i386子目录下,而include/scsi目录则是有关scsi设备的头文件目录； ＊ init/: 这个目录包含核心的初始化代码(注：不是系统的引导代码)，包含两个文件main.c和Version.c，这是研究核心如何工作的好的起点之一； ＊ ipc/: 这个目录包含核心的进程间通讯的代码； ＊ kernel/: 主要的核心代码，此目录下的文件实现了大多数linux系统的内核函数，其中最重要的文件当属sched.c；同样，和体系结构相关的代码在arch/i386/kernel下； ＊ lib/: 放置核心的库代码； ＊ mm/：这个目录包括所有独立于 cpu 体系结构的内存管理代码，如页式存储管理内存的分配和释放等；而和体系结构相关的内存管理代码则位于arch/i386/mm/下； ＊ net/: 核心与网络相关的代码； ＊ scripts/: 描述文件，脚本，用于对核心的配置； ＊ security: 主要是一个SELinux的模块； ＊ sound: 常用音频设备的驱动程序等； ＊ usr: 实现了用于打包和压缩的cpio；

5, 内核的五个子系统：

＊ 进程调试（SCHED） ＊ 内存管理(MM) ＊ 虚拟文件系统(VFS) ＊ 网络接口(NET) ＊ 进程间通信(IPC)

6, linux内核的编译：

＊ 配置内核：make menuconfig，使用后会生成一个.confiig配置文件，记录哪些部分被编译入内核，哪些部分被编译成内核模块。 ＊ 编译内核和模块的方法：make zImage Make modules ＊ 执行完上述命令后，在arch/arm/boot/目录下得到压缩的内核映像zImage，在内核各对应目录得到选中的内核模块。

7, 在linux内核中增加程序

（直接编译进内核）要完成以下3项工作： ＊ 将编写的源代码拷入linux内核源代码相应目录 ＊ 在目录的Kconifg文件中增加关于新源代码对应项目的编译配置选项 ＊ 在目录的Makefile文件中增加对新源代码的编译条目

8, linux下C编程的特点：

内核下的Documentation/CodingStyle描述了linux内核对编码风格的要求。具体要求不一一列举，以下是要注意的： ＊ 代码中空格的应用 ＊ 当前函数名： GNU C预定义了两个标志符保存当前函数的名字，__FUNCTION__保存函数在源码中的名字，__PRETTY_FUNCTION__保存带语言特色的名字。 由于C99已经支持__func__宏，在linux编程中应该不要使用__FUNCTION__,应该使用__func__。 ＊内建函数：不属于库函数的其他内建函数的命名通常以__builtin开始。

9，内核模块

内核模块主要由如下几部分组成： （1） 模块加载函数 （2） 模块卸载函数 （3） 模块许可证声明（常用的有Dual BSD/GPL,GPL,等） （4） 模块参数（可选）它指的是模块被加载的时候可以传递给它的值，它本身对应模块内部的全局变量。例如P88页中讲到的一个带模块参数的例子： insmod book.ko book_name=”GOOD BOOK” num=5000 （5） 模块导出符号（可选）导出的符号可以被其他模块使用，在使用之前只需声明一下。 （6） 模块作者等声明信息（可选） 以下是一个典型的内核模块：

/*

* 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:%s\n”,book_name);

printk(KERN_INFO “ book num:%d\n”,num);

return 0;

}

static void book_exit(void)

{

printk(KERN_INFO “ Book module exit\n “);

}

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, [e-mail]”);

MODULE_LICENSE(“Dual BSD/GPL”);

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

MODULE_VERSION(“V1.0”);

注意：标有__init的函数在链接的时候都放在.init.text段，在.initcall.init中还保存了一份函数指针，初始化的时候内核会通过这些函数指针调用__init函数，在初始化完成后释放init区段。 

模块编译常用模版：

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

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

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

clean:

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

注意要指明内核版本，并且内核版本要匹配——编译模块使用的内核版本要和模块欲加载到的那个内核版本要一致。 模块中经常使用的命令：

insmod,lsmod,rmmod

· 1

· 2

系统调用：

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

· 1

· 2

flag表示文件打开标志，如：O_RDONLY mode表示文件访问权限，如：S_IRUSR(用户可读)，S_IRWXG(组可以读、写、执行)

10，linux文件系统与设备驱动的关系

应用程序和VFS之间的接口是系统调用，而VFS与磁盘文件系统以及普通设备之间的接口是file_operation结构体成员函数。 

两个重要的函数： （1）struct file结构体定义在/linux/include/linux/fs.h(Linux 2.6.11内核)中定义。文件结构体代表一个打开的文件，系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建，并传递给在文件上进行操作的任何函数。在文件的所有实例都关闭后，内核释放这个数据结构。在内核创建和驱动源码中，struct file的指针通常被命名为file或filp。 在驱动开发中，文件读/

写模式mode、标志f_flags都是设备驱动关心的内容，而私有数据指针private_data在驱动中被广泛使用，大多被指向设备驱动自定义的用于描述设备的结构体。驱动程序中常用如下类似的代码来检测用户打开文件的读写方式：

if (file->f_mode & FMODE_WRITE) //用户要求可写

{

}if (file->f_mode & FMODE_READ) //用户要求可读

{

下面的代码可用于判断以阻塞还是非阻塞方式打开设备文件：

if (file->f_flags & O_NONBLOCK) //非阻塞

pr_debug("open:non-blocking\n");else //阻塞

pr_debug("open:blocking\n");

（2）struct inode结构体定义在linux/fs.h中

11，devfs、sysfs、udev三者的关系：

（1）devfs linux下有专门的文件系统用来对设备进行管理，devfs和sysfs就是其中两种。在2.4内核4一直使用的是devfs，devfs挂载于/dev目录下，提供了一种类似于文件的方法来管理位于/dev目录下的所有设备，我们知道/dev目录下的每一个文件都对应的是一个设备，至于当前该设备存在与否先且不论，而且这些特殊文件是位于根文件系统上的，在制作文件系统的时候我们就已经建立了这些设备文件，因此通过操作这些特殊文件，可以实现与内核进行交互。但是devfs文件系统有一些缺点，例如：不确定的设备映射，有时一个设备映射的设备文件可能不同，例如我的U盘可能对应sda有可能对应sdb；没有足够的主/次设备号，当设备过多的时候，显然这会成为一个问题；/dev目录下文件太多而且不能表示当前系统上的实际设备；命名不够灵活，不能任意指定等等。 （2）sysfs 正因为上述这些问题的存在，在linux2.6内核以后，引入了一个新的文件系统sysfs，它挂载于/sys目录下，跟devfs一样它也是一个虚拟文件系统，也是用来对系统的设备进行管理的，它把实际连接到系统上的设备和总线组织成一个分级的文件，用户空间的程序同样可以利用这些信息以实现和内核的交互，该文件系统是当前系统上实际设备树的一个直观反应，它是通过kobject子系统来建立这个信息的，当一个kobject被创建的时候，对应的文件和目录也就被创建了，位于/sys下的相关目录下，既然每个设备在sysfs中都有唯一对应的目录，那么也就可以被用户空间读写了。用户空间的工具udev就是利用了sysfs提供的信息来实现所有devfs的功能的，但不同的是udev运行在用户空间中，而devfs却运行在内核空间，而且udev不存在devfs那些先天的缺陷。 （3）udev udev是一种工具，它能够根据系统中的硬件设备的状况动态更新设备文件，包括设备文件的创建，删除等。设备文件通常放在/dev目录下，使用udev后,在/dev下面只包含系统中真实存在的设备。它于硬件平台无关的，位于用户空间，需要内核sysfs和tmpfs的支持，sysfs为udev提供设备入口和uevent通道，tmpfs为udev设备文件提供存放空间。

12，linux设备模型：

在linux内核中，分别使用bus_type,device_driver,device来描述总线、驱动和设备，这3个结构体定义于include/linux/device.h头文件中。驱动和设备正是通过bus_type中的match()函数来配对的。