目录
一、Linux内核结构框图
二、图解linux系统架构
三、驱动认知
3.1 为什么要学习写驱动
3.2 文件名与设备号
3.3 open函数打通上层到底层硬件的详细过程
四、shell
shell脚本
参考:linux内核结构介绍
对内核结构框图有个总体的把握,有助于理解为什么驱动要这样写,为什么写的应用程序所用的C库接口能够产生这么多的事情。
函数库就像一个“黑匣子”,提供了一系列API支配内核运作,但你不知道内核发生了什么。
内核是一个很厉害的超级逻辑,把硬件底层的东西抽象化,对用户来说只需要调API就好了,根本不需要管寄存器,协议,总线…(单片机会去直接操作),这些全部由操作系统做好。动不动写个操作系统是不现实的。
能把字符设备,块设备的设备驱动吃透,已经很厉害了。
最内层是硬件,最外层是用户应用,比如浏览器等等。硬件是物质基础,而应用提供服务。
为了方便调用内核,Linux将内核的功能接口制作成系统调用(system call)。用户不需要了解内核的复杂结构,就可以使用内核。系统调用是操作系统的最小功能单位。一个操作系统,以及基于操作系统的应用,都不可能实现超越系统调用的功能。
系统调用提供的功能非常基础,所以使用起来很麻烦。一个简单的给变量分配内存空间的操作,就需要动用多个系统调用。Linux定义一些库函数(library routine)来将系统调用组合成某些常用的功能。上面的分配内存的操作,可以定义成一个库函数,比如常用的malloc。
原来树莓派开发使用厂家提供的wiringPi库,开发简单。
但未来做开发时,不一定都是用树莓派,没有wiringPi库可以用。但只要能运行Linux,linux的标准C库一定有。
学会根据标准C库编写驱动,只要能拿到linux内核源码,拿到芯片手册,电路图…就能做开发。
linux一切皆为文件,其设备管理同样是和文件系统紧密结合。在目录/dev
下都能看到鼠标,键盘,屏幕,串口等设备文件,硬件要有相对应的驱动,那么open怎样区分这些硬件呢?
依靠文件名与设备号
依靠文件名与设备号。在/dev
下ls -l
可以看到
设备号又分为:主设备号用于区别不同种类
的设备;次设备号区别同种类型的多个设备
。驱动插入到链表的位置(顺序)由设备号检索
内核中存在一个驱动链表,管理所有设备的驱动。 驱动开发无非以下两件事:
- 编写完驱动程序,加载到内核
- 用户空间open后,调用驱动程序(驱动程序就是操作寄存器来驱动IO口,单片机51,32就是这种操作)
用户空间调用open(比如open(“/dev/pin4”,O_RDWR))产生一个软中断(中断号是0x80),进入内核空间调用sys_call,这个sys_call在内核里面是汇编的,用Source Insight搜索不到。
sys_calll真正调用的是sys_open(属于VFS层虚拟文件系统,因为磁盘的分区和引脚分区不一样,为了实现上层统一化),根据你的设备名比如pin4去到内核的驱动链表,根据其主设备号与次设备号找到相关驱动函数。
调用驱动函数里面的open,这个open就是对寄存器的操作,从而设置IO口引脚电平。这件事对于单片机来说特变容易,就两句话搞定:
sbit pin4 = P1^4;
pin4=1;
(对应下图的粉色笔迹)
shell(壳)是一个特殊的应用,也经常被称为命令行
。可以理解为是一个命令解释器
例如:当我们输入“
ls -l
”的时候,它将此字符串解释为1.在默认路径找到该文件(/bin/ls),
2.执行该文件,并附带参数"-l"。
一个shell对应一个终端 (terminal)。曾经来说,终端是一个硬件设备,用来输入并显示输出。如今,由于图形化界面的普及,终端往往就像下图一样,是一个图形化的窗口。
你可以通过这个窗口输入或者输出文本,这个文本直接传递给shell进行分析解释,然后执行,本质就是提供和内核交互的程序。
在没有图形界面之前,shell充当了用户的界面,当用户要运行某些应用时,通过shell输入命令,来运行程序。shell是可编程的,它可以执行符合shell语法的文本,这样的文本叫做shell脚本(script)。