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面对不断升级的内核，我们该如何学习LINUX设备驱动？

2018-9-29 11:04:26 1545 内核 Linux

0 面对不断升级的linux内核、GNU开发工具、linux环境下的各种图形库，很多linux应用程序开发人员和linux设备驱动开发人员即兴奋，又烦躁。兴奋的是新的软件软件、工具给我提供了更强大的功能，烦躁的是适应新软件的特性、搭建新环境是一项非常繁琐的事情。本文想从以下3个方面探讨一下“面对不断升级的内核，如何学习linux设备驱动”。内核发展的现状及其对技术人员的影响由于高版本内核并不完全兼容低版本内核，所以内核升级对从事linux开发的技术人员造成了一定的影响，特别对于linux入门人员。内核的升级对应从事linux应用程序开发的人员来说影响较小，因为系统调用基本保持兼容。而影响比较大的是驱动开发人员。每次内核的更新都可以导致很多内核函数使用上的变化。其中有内核本身提供的函数，也有硬件平台代码提供的函数，后者变化的更加频繁。这一点让初学内核驱动的人很迷茫，因为当他们按照手里的经典著作，如：Alessandro的《linux设备驱动程序》，编写驱动时，发现并不能够成功的在你的linux平台上编译通过、或不能正常执行。你的朋友会告诉你，你用的内核和书里的不一致。那该怎么办呢？我想从两个方面去解释这个问题，一方面是如何写好linux设备驱动，另一方面是如何应对不断升级的内核。如何写好Linux设备驱动 Linux设备驱动是linux内核的一部分，是用来封装硬件细节，为上层提供标准接口的一种方法。为了能够编写出质量比较高的驱动，要求工程师必须具备以下几个方面的知识：熟悉处理器的性能如：处理器的体系结构、汇编语言、工作模式、异常处理等此项对于初学者来说，重要程度：*。也就是说还不熟悉驱动编写方法的情况下，可以先不把重心放在这一项上，因为可能因为它的枯燥、抽象而影响到你对设备驱动的兴趣。随着你不断的熟悉驱动的编写，你会很自然的意识到此项的重要性。掌握驱动目标的硬件工作原理及通讯协议如：串口控制器、显卡控制器、硬件编解码、存储卡控制器、I2C通讯、SPI通讯、USB通讯、SDIO通讯、I2S通讯、PCI通讯等此项的重要程度应该不用多说了，编写设备驱动的前提就是知道设备的操作方法。但不是说要把所有设备的操作方法都熟悉了以后才可以驱动，你只需要了解你要驱动的硬件就可以了。所有这一项对于初学者来说重要程度都是：*。掌握硬件的控制方法如：中断、轮询、DMA 通常一个硬件控制器会有多种控制方法，你需要根据系统性能的需要合理的选择操作方法。此项对于初学者来说：重要程度：。初学阶段以实现功能为目的。掌握的顺序应该是，轮询-> 中断-> DMA。随着学习的深入，需要综合考虑系统的性能需求，采取合适的方法。良好的GNU C语言编程基础如:C语言的指针、结构体、内存操作、链表、队列、栈、C和汇编混合编程等。这些编程语法是编写设备驱动的基础。此项无论对于初学者还是熟手重要程度：*。良好的linux操作系统概念如：多进程、多线程、进程调度、进程抢占、进程上下文、虚拟内存、原子操作、阻塞、睡眠、同步等概念及它们之间的关系。这些概念及方法在设备驱动的使用是linux设备驱动区别单片机编程的最大特点。只有理解了它们才会编写出高质量的驱动。此项对于初学者来说：重要程度：。开始可以以实现功能为目的，逐步完善自己的驱动。掌握linux内核中设备驱动的编写接口如：字符设备的cdev、块设备的gendisk、网络设备的net_device，以及基于这些基本接口的framebuffer设备的fb_info、mtd设备的mtd_info、tty设备的tty_driver、u设备的u_driver、mmc设备的mmc_host等 Linux内核为设备驱动编写者留下了标准的接口。驱动编写者无需精通内核的各个部分，只需要明确内核留给我们的接口，并实现此接口就可以了。内核流出的接口采用的是面向对象的思路，即把目标设备看成一个对象，通常利用一个结构体来描述这个对象。驱动工程师的任务就是实现这个对象。这个结构体中会包含设备的属性（用变量表示）和操作方法（用函数指针表示）。如：字符设备的cdev struct cdev { struct kobject kobj; struct module owner; const struct file_operations ops; //操作方法结合，其它项都是属性 struct list_head list; dev_t dev; unsigned int count; }; 此项对于初学者来说：重要程度：**。开始阶段可以以模仿为主，即套用一些固定的模板。如何应对不断升级的内核内核升级对驱动的影响主要体现在，（1）驱动接口定义的变化（2）内核的一些功能函数的名称、参数、头文件、宏定义的变化（3）平台代码关于硬件操作方面封装的一些函数的变化（4）设备模型的影响。下面探讨一下，如何应对这几个方面的问题：驱动接口定义的变化如：2.4内核中字符设备驱动的注册接口是 int register_chrdev(unsigned int major, const char name, struct file_operations fops) 而2.6内核中已经不建议使用这种方法了，改为： int cdev_add(struct cdev p, dev_t dev, unsigned count) 又如：2.6.27内核中网卡接口的net_device结构成员和低版本的net_device结构成员也发生了一些变化。这种接口定义及注册方法带来的变化，发生的并不频繁。解决方案是：参考内核中的代码。这种接口定义及注册方法在内核中非常容易找到，如：字符设备驱动的注册方法及接口定义可以参照内核driver/char/目录下的很多实例。内核的一些功能函数的名称、参数、头文件、宏定义的变化如：中断注册函数的格式及参数在2.4内核、2.6内核低版本和高版本之间都存在差别在2.6.8中，中断注册函数的定义为： int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (handler)(int, void , struct pt_regs ),unsigned long irq_flags, const char devname, void dev_id) irq_flags的取值主要为下面的某一种或组合： SA_INTERRUPT、SA_SAMPLE_RANDOM、SA_SHIRQ 在2.6.26中，中断注册函数的定义为： int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,unsigned long irqflags, const char devname, void dev_id) typedef irqreturn_t (irq_handler_t)(int, void *); irq_flags的取值主要为下面的某一种或组合：（功能和2.6.8的对应） IRQF_DISABLED、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_SHARED 当出现这些问题时，编译过程中，编译器会给我们比较明确的错误提示，根据这些提示你可以判断出是否是缺少头问题、是否是函数参数定义有误等。解决问题的最好办法还是到你的目标内核中找信息。此时找问题的方法可以借助于搜索，如：你可以在新的内核中搜索request_irq，看新内核中的驱动是如何使用它的。这种方法非常有效。平台代码关于硬件操作方面封装的一些函数的变化内核中，硬件平台相关的代码在内核更新过程中变化比较频繁。和我们的设备驱动也是息息相关。所以在针对一个新内核编写设备驱动前，一定要熟悉你的平台代码的结构。有时平台虽然提供了内核要求的接口函数，但使用起来功能却并不完善。下面还是先举个例子说明平台代码更新对设备驱动的影响。如：在linux-2.6.8内核中，调用set_irq_type(IRQ_EINT0,IRQT_FALLING);去设置S3C2410的IRQ_EINT0的中断触发信号类型，你会发现不会有什么效果。跟踪代码发现内核的set_irq_type函数需要平台提供一个针对硬件平台的实现函数 static struct irqchip s3c_irqext_chip = { .mask = s3c_irqext_mask, .unmask = s3c_irqext_unmask, .ack = s3c_irqext_ack, .type = s3c_irqext_type }; s3c_irqext_type就是linux内核需要的实现函数，而s3c_irqext_type在2.6.8中的实现为： static int s3c_irqext_type(unsigned int irq, unsigned int type) { irqdbf("s3c_irqext_type: called for irq %d, type %dn", irq, type); return 0; } 原来并没有实现。而在较高版本的内核，如2.6.26内核中，这个函数是实现了的。所以你一定要小心。当平台函数不好用时，一定要查查原因，或者直接操作硬件寄存器来达到目的。 2.6内核设备模型对驱动的影响在2.6内核中写设备驱动和在2.4内核中有着很大的不同，就是在设备驱动中融入了比设备驱动本身结构还复杂，难以理解的设备模型。初学驱动时你可以不理会设备模型，但你会发现内核里的驱动代码基本上都是融入了设备模型的了。所以很多时候你不得不面对现实，还是要弄懂它，并且它也的注册方法也会随着内核的升级而发生变化。解决此类问题的最好方法还是参考目标内核驱动代码。总结：开始学习设备驱动时，选择一个当前比较流行的内核版本和硬件平台。不着急追赶最新潮流。这样你可以找到的网络资源会比较多，不至于有孤军奋战的感觉。我想这个过程应该不低于1年。当过了这个过程后，尝试将你编写过的驱动移植到各个目标平台上。上面的一些建议、和应对方法是本人的一些经验总结，仅供参考。 0
2018-9-29 11:04:26　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 面对各种各样的品牌RFID设备，我们该如何选择 870 • Linux内核开发之PCI设备驱动 62 • linux内核是什么_linux内核学习路线 2618 • Linux内核学习起步 24 • 面对化身“监工”的AI，我们该如何相处？ 200 • 如何学习linux设备驱动 3545 • Linux内核ftrace的学习 3108 • Linux驱动学习笔记：ioctl设备操作 367 • Linux内核学习笔记：initcall 578 • 《Linux设备驱动开发详解》第3章、Linux内核及内核编程 0