Linux驅動

時間 2019-12-09

標籤 linux 驅動欄目 Linux 简体版

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1 驅動分類node

　　常規分類：字符設備、塊設備、網絡設備linux

　　　　字符設備：一種按字節來訪問的設備，字符驅動負責驅動字符設備，這樣的驅動一般實現open、close、read和write系統調用。如串口、LED、按鍵；數組

　　　　塊設備：以塊(通常爲512字節)爲最小傳輸單位的設備，塊設備不能按字節處理數據。在Linux系統中運行塊設備傳輸任意數目的字節。塊設備與字符設備的區別是驅動與內核的接口不一樣。如硬盤、flash、SD卡。網絡

　　　　網絡設備：能夠是一個硬件設備，如網卡；也能夠是一個純粹的軟件設備，如迴環接口(lo)。一個網絡接口負責發送和接收數據報文。函數

　　總線分類：USB設備、PCI設備、平臺總線設備ui

2 硬件訪問編碼

　　驅動程序要控制設備是經過設備內寄存器控制的。spa

　　硬件訪問步驟：->地址映射->寄存器讀寫.net

　　在Linux系統中，不管是內核程序仍是應用程序，都只能使用虛擬地址，而芯片手冊中給出的寄存器地址或者RAM地址則是物理地址，沒法直接使用。所以，讀寫寄存器的第1步就是將它的物理地址映射爲虛擬地址。3d

　　地址映射包括動態映射和物理映射；

　　動態映射：在驅動程序中採用ioremap()函數將物理地址映射爲虛擬地址：

　　　　函數原型: void *ioremap(physaddr,size)

　　　　　　　　　physaddr:待映射的物理地址

　　　　　　　　　size：映射的區域長度

　　　　　　　　返回值：映射後的虛擬地址

　　　　靜態映射：根據用戶事先指定的映射關係，在內核啓動時，自動將物理地址映射爲虛擬地址。

　　　　用戶是經過map_desc結構體來指明物理地址與虛擬地址的映射關係。

　　　　　　struct map_desc{
　　　　　　　　　　　　　　　unsigned long virtual; /* 映射後的虛擬地址 */
　　　　　　　　　　　　　　　unsigned long pfn; /* 物理地址所在的頁幀號 */
　　　　　　　　　　　　　　　unsigned long length; /* 映射長度 */
　　　　　　　　　　　　　　　unsigned int type; /* 映射的設備類型 */
　　　　　　　　　　　　　};
　　　　　　pfn: 利用__phys_to_pfn(物理地址)能夠計算出物理地址所在的物理頁幀號

　　內核寄存器讀寫函數：

unsigned ioread8(void *addr0)
unsigned ioread16(void *addr0)
unsigned ioread32(void *addr0)

unsigned readb(address)
unsigned readw(address)
unsigned readl(address)

void iowrite8(u8 value,void *addr)
void iowrite16(u16 value,void *addr)
void iowrite32(u32 value,void *addr)

void writeb(unsigned value,address)
void writew(unsigned value,address)
void writel(unsigned value,address)

3 字符設備文件

　　字符設備驅動程序是經過字符設備文件被用戶調用。

　　經過字符設備文件，應用程序可使用相應的字符設備驅動程序來控制字符設備。

　　應用程序首先經過文件名找到字符設備文件，假如要從設備中讀出或者寫入數據都是從字符設備文件展開的，字符設備文件是設備驅動程序和應用程序的一個媒介，應用程序對設備的操做是經過字符設備文件來完成的。

　　建立字符設備文件：

　　　　mknod命令

　　　　mknod /dev/文件名 c 主設備號次設備號 //c表示char

　　　例：mknod /dev/memdev0 c 253 0

　　　　字符設備文件與驅動程序經過主設備號創建起聯繫，字符設備文件對應一個主設備號，驅動程序對應一個主設備號，若是兩個號相等說明兩種之間是一一對應的關係。

　　　　當用戶去操做設備的時候內核就會找到相應的驅動程序。

　　經過cat /proc/devices打印主設備號

　　次設備號0~255

　　ls /dev/memdev0 //查看

　　顯示：/dev/memdev0

　　有了字符設備文件，也有了設備驅動程序，就要編寫應用程序。就是經過字符設備文件訪問設備驅動程序。

　　要訪問硬件，其實就是訪問硬件裏的寄存器，假如定義一個數組，數組裏頭有5個整型的元素，每個整型元素就能夠模擬一個寄存器，要去操做硬件，最後能夠變爲操做數組，好比要把數據寫入寄存器，實際上就變成往數組裏頭寫入數據。經過驅動程序往數組裏頭寫入數據。若是要從設備裏頭讀出數據，經過驅動程序從數組裏頭讀出數據。　

4 字符設備驅動實例

　　驅動程序一般採用內核模塊的程序結構來進行編碼。所以，編譯/安裝一個驅動程序，其實質就是編譯/安裝一個內核模塊。

　　驅動程序文件包含：memdev.c、Makefile；應用程序文件包含：write_mem.c、read_mem.c；

　　1 經過命令make，編譯驅動程序獲得文件memdev.ko,並將其拷貝到nfs開發板掛載的目錄，而後安裝驅動程序

　　　　insmod memdev.ko 安裝memdev.ko

　　　　lsmod　　　　　　　　　查看驅動

　　2 使用命令查看設備號：cat /proc/devices

　　3 建立字符設備文件：

　　　　mknod /dev/memdev0 c 253 0 //名字不能跟已有的重複

　　4 查看建立的設備字符文件

　　　　ls /dev/memdev0

　　　　顯示： /dev/memdev0

　　5 編譯應用程序write_mem.c

　　　　arm-linux-gcc write_mem.c -o write_mem

　　運行：./write_mem

　　報錯：-/bin/sh: ./write_mem:not found (應用程序依賴的庫找不到)

　　經過：arm-linux-readlef -d write_mem 查詢應用程序所依賴的動態連接庫

　　經過ls命令查看，開發板中沒有這個庫，因此報錯；

　　解決辦法：

　　　　1 直接將libc.so.6複製到開發板中

　　　　2 採樣靜態編譯的方法

　　　　　　arm-linux-gcc -static write_mem.c -o write_mem

　　採用靜態編譯後運行：./write_mem

　　6 編譯應用程序read_mem.c

　　　　arm-linux-gcc -static read_mem.c -o read_mem

　　運行：./read_mem

　　結果：dst is 2013

5 字符設備驅動程序模板

　　1 設備描述結構

　　在任何一種驅動模型中，設備都會用內核中的一種結構來描述。咱們的符設備在內核中使用struct cdev來描述。

　　　　struct cdev {
　　　　　　　　　　　　struct kobject kobj;
　　　　　　　　　　　　struct module *owner;
　　　　　　　　　　　　const struct file_operations *ops; //設備操做集
　　　　　　　　　　　　struct list_head list;
　　　　　　　　　　　　dev_t dev; //設備號
　　　　　　　　　　　　unsigned int count; //設備數
　　　　　　　　　 };

　　查看設備號：ls –l dev下都是設備文件

　　 eg：crw-r----- 1 root root 10, 223 12月 15:00.10 uinput

　　　　10:主設備號　　223:次設備號

　　主設備號反映設備類型，次設備號區分同類型設備

　　設備號操做：　

　　　　Linux內核中使用dev_t類型來定義設備號，dev_t這種類型其實質爲32位的unsigned int，其中高12位爲主設備號，低20位爲次設備號.

　　　　問1：若是知道主設備號，次設備號，怎麼組合成dev_t類型
　　　　答：dev_t dev = MKDEV(主設備號，次設備號)
　　　　問2: 如何從dev_t中分解出主設備號?
　　　　答: 主設備號 = MAJOR(dev_t dev)
　　　　問3: 如何從dev_t中分解出次設備號？
　　　　答: 次設備號=MINOR(dev_t dev)

　　設備號分配：靜態申請和動態分配

　　靜態申請：

　　　　開發者本身選擇一個數字做爲主設備號，而後經過函數register_chrdev_region向內核申請使用。缺點：若是申請使用的設備號已經被內核中的其餘驅動使用了，則申請失敗。

　　動態分配：

　　　　使用alloc_chrdev_region由內核分配一個可用的主設備號。優勢：由於內核知道哪些號已經被使用了，因此不會致使分配到已經被使用的號。

　　設備號註銷

　　　　不論使用何種方法分配設備號，都應該在驅動退出時，使用unregister_chrdev_region函數釋放這些設備號。

　　2 操做函數集

　　Struct file_operations是一個函數指針的集合，定義能在設備上進行的操做。結構中的函數指針指向驅動中的函數, 這些函數實現一個針對設備的操做, 對於不支持的操做則設置函數指針爲 NULL。例如：

　　https://blog.csdn.net/littlelee111/article/details/10133759

　　　　struct file_operations dev_fops ={
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.llseek = NULL,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.read = dev_read,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.write = dev_write,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.ioctl = dev_ioctl,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.open = dev_open,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.release = dev_release,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　};

　　3 字符設備初始化

　　分配cdev:能夠採用靜態和動態兩種辦法

　　靜態分配：
　　　　struct cdev mdev;
　　動態分配：
　　　　struct cdev *pdev = cdev_alloc();

　　初始化cdev：

　　　　　 structcdev的初始化使用cdev_init函數來完成。
　　　　cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
　　　　參數：
　　　　　　cdev: 待初始化的cdev結構
　　　　　　fops: 設備對應的操做函數集

　　註冊cdev：

　　　　註冊使用cdev_add函數來完成。

　　　　cdev_add(structcdev *p, dev_t dev, unsigned count)
　　　　參數：
　　　　　　p: 待添加到內核的符設備結構
　　　　　　dev: 設備號
　　　　　　count: 該類設備的設備個數

　　4 設備操做原型

　　　　int (*open)(struct inode *, struct file *) 打開設備，響應open系統

　　　　int (*release)(struct inode *, struct file *);關閉設備，響應close系統調用

　　　　loff_t (*llseek)(struct file *, loff_t, int);重定位讀寫指針，響應lseek系統調用

　　　　ssize_t (*read)(struct file *,char __user *,size_t,loff_t *)從設備讀取數據,響應read系統調用

　　　　ssize_t(*write)(struct file*,const char __user*,size_t,loff_t*)向設備寫入數據,響應write系統調用

　　struct file

　　　　在Linux系統中，每個打開的文件，在內核中都會關聯一個struct file，它由內核在打開文件時建立, 在文件關閉後釋放。

　　　　重要成員：
　　　　　　loff_t f_pos /*文件讀寫指針*/
　　　　　　struct file_operations *f_op /*該文件所對應的操做*/

　　struct inode

　　每個存在於文件系統裏面的文件都會關聯一個inode 結構，該結構主要用來記錄文件物理上的信息。所以, 它和表明打開文件的file結構是不一樣的。一個文件沒有被打開時不會關聯file結構，可是卻會關聯一個inode 結構。

　　重要成員：
　　　　dev_t i_rdev：設備號

　　 設備操做open

　　open設備方法是驅動程序用來爲之後的操做完成初始化準備工做的。在大部分驅動程序中，open完成以下工做：

　　標明次設備號
　　啓動設備

　　設備操做release

　　release方法的做用正好與open相反。這個設備方法有時也稱爲close，它應該：關閉設備。

　　設備操做read

　　read設備方法一般完成2件事情：
　　　　從設備中讀取數據(屬於硬件訪問類操做)
　　　　將讀取到的數據返回給應用程序
　　ssize_t (*read) (struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
　　參數分析：
　　　　filp：與符設備文件關聯的file結構指針, 由內核建立。
　　　　buff : 從設備讀取到的數據，須要保存到的位置。由read系統調用提供該參數。
　　　　count: 請求傳輸的數據量，由read系統調用提供該參數。
　　　　offp: 文件的讀寫位置，由內核從file結構中取出後，傳遞進來

　　　　buff參數是來源於用戶空間的指針，這類指針都不能被內核代碼直接引用，必須使用專門的函數

　　　　　　int copy_from_user(void *to, const void __user *from, int n)
　　　　　　int copy_to_user(void __user *to, const void*from, intn)

　　設備操做write

　　write設備方法一般完成2件事情：
　　　　從應用程序提供的地址中取出數據
　　　　將數據寫入設備(屬於硬件訪問類操做)
　　ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *)

　　5 驅動註銷

　　當咱們從內核中卸載驅動程序的時候，須要使用cdev_del函數來完成符設備的註銷。