Linux设备驱动

Linux设备驱动

介绍

Linux系列文章记录自己学习Linux开发的历程。最近终于把迅为4412开发环境搞定了，先吐槽一波迅为，版本太**的多了，安卓Linux搞在一起，还有那个硬件原理图，画的啥玩意，无语。为了省钱，板子是在咸鱼上淘来的，咨询淘宝客服说要订单号，不给我网盘地址。好在，同学也买了这板子，嘻嘻！说偏了，我就是想吐槽一下迅为。

准备

经过这一周的折腾终于搞定了开发环境搭建，可以跑一个最简单的Led字符设备驱动，可以超级中断串口控制led.第一个Linux设备驱动也算完成了。我完全没有使用迅为搭建好的环境，都是自己一步步搭建的，只是使用他们提供的软件资源。最好一步步来，不要我问为什么/狗头。写完这个led驱动程序也算入门了，“微弱的一小步往往的思考的一大步”。最简单的led提供最基本最本质的设备驱动开发思想，有点像当年第一次用C语言打印“Hello World”一样。调试图如下，


以上例子运行原理流程：

记录这个流程！！！

如何理解设备驱动程序？

我理解的就是，一种可以使各个硬件协同充分发挥出其硬件性能的程序。硬件物理实体只会处理高低电平和各种器件，只有软件和算法才能成分发挥物理硬件的性能。设备驱动属于OS内核的一部分，运行态处于内核空间，主要任务是帮助OS操纵硬件。Linux设备驱动就是基于Linux系统的开发硬件相关的驱动程序，基于Linux就是要再Linux系统的框架、协约下进行程序编写。So，一定要懂Linux系统，至少最基本的知识、原理、过程和工具要熟悉。这些网上资料很多了。
好了，分析一下上面的led字符驱动程序，程序运行空间分为两个空间——用户态和内核态，app应用程序一般就在用户态使用OS提供的系统服务即API。设备驱动程序运行再内核空间，即本身属于OS的一部分，当然也要遵守OS下的规则和约定，因Linux使用广泛，大部分开发都属于Linux设备驱动，广泛延申以下，很多RTOS也可以，如：RT_Thread.
字符设备是最简单也是最常用的一类设备，有简单的，低级的，也有高级的复杂的。Linux 系统中一切皆文件，耳熟能详，这句话本质的内涵什么意思？就是Linux这个人把属于它范围内的所有对象看成“文件”，如何理解“看成”？Abstract——抽象，是的，只是把所有的设备看成文件而已，无论是字符设备、块设备还是网络设备都是文件。这样的好处——便于系统设计！好了一切皆文件，对象只有一个，好处理多了。基本操作：open()、write()、read()、close()，基本属性：操作权限、大小、索引等等。我个人认为Linux中“一切皆文件”的说法是一种系统设计与实现的指导思想罢了，实现水到渠成而已。
回到以上例子，用户空间app程序调用C库函数，C库又调用系统接口函数，接口函数又映射到Led驱动程序，进而驱动程序去操作硬件，就这么简单，so easy!

实现

不贴代码，只记录自己的思考过程，实现都使用伪代码。贴代码只会影响眼睛的观察，并没多大用。
编写设备驱动程序首先要有一种对Linux的分析方法和思维，分层设计、面向对象在Linux当中无处不在，尤其是面向对象。
内核当中一个很重要的结构体：

struct file_operations {
	struct module *owner;
	loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);
	ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
	ssize_t (*read_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	ssize_t (*write_iter) (struct kiocb *, struct iov_iter *);
	int (*iterate) (struct file *, struct dir_context *);
	unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
	long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
	int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*mremap)(struct file *, struct vm_area_struct *);
	int (*open) (struct inode *, struct file *);
	int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);
	int (*release) (struct inode *, struct file *);
	int (*fsync) (struct file *, loff_t, loff_t, int datasync);
	int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);
	int (*fasync) (int, struct file *, int);
	int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);
	unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);
	int (*check_flags)(int);
	int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);
	ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);
	ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);
	int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **, void **);
	long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,
			  loff_t len);
	void (*show_fdinfo)(struct seq_file *m, struct file *f);
#ifndef CONFIG_MMU
	unsigned (*mmap_capabilities)(struct file *);
#endif
};

实现结构体的几个成员函数，设备的行为就获得了。不过要符合函数指针的签名。
具体的硬件控制逻辑放在每个实现函数中，最后顶一个file_opertation对象注册，然后加载到内核，编译、烧写。

Linux入门三板斧

Linux开发环境搭建：

1. uboot
2. kernel
3. rootfs

 Linux系统编程

 Linux设备驱动程序
 Linux网络编程
 Linux最小系统制作
 Linux开发环境搭建
 Linux系统烧写几种方式
 Linux开发工具

总结

Linux开发确实很难，比起单片机要补充很多知识。单片机在控制领域无可比拟，一般系统设计中，单片机会作从机从板子系统控制，Linux一般作主控板因为需要实现很多上层应用逻辑。没有好坏之分，只有符合最好的平衡系统设计。