linux設備驅動開發-概念！

來源：http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/44721.htm

先了解大概，而後一一攻克。

Linux軟件工程師大體可分爲兩個層次：

（1）Linux應用軟件工程師（Application Software Engineer）：

主要利用C庫函數和Linux API進行應用軟件的編寫；

      從事這方面的開發工做，主要須要學習:符合linux posix標準的API函數及系統調用，linux的多任務編程技巧：多進程、多線程、進程間通訊、多任務之間的同步互斥等，嵌入式數據庫的學習，UI編程：QT、miniGUI等。

（2）Linux固件工程師（Firmware Engineer）：

主要進行Bootloader、Linux的移植及Linux設備驅動程序的設計工做。

驅動程序的意義：

硬件與軟件之間存在一個駁論：爲了快速、優質的完成軟件功能設計，應用程序工程師不想也不肯關心硬件，而硬件工程師也很難有功夫去處理軟件開發中的一些應用。例如軟件工程師在調用printf的時候，不準也不用關心信息究竟是經過什麼樣的處理，走過哪些通路顯示在該顯示的地方，硬件工程師在寫完了一個4*4鍵盤驅動後，無需也沒必要管應用程序在得到鍵值後作哪些處理及操做。也就是說軟件工程師須要看到一個沒有硬件的純軟件世界，硬件必須透明的提供給他，誰來實現這一任務？答案是驅動程序。

Linux設備驅動的基本概念

學習linux設備驅動首先咱們必須明確如下幾個概念，爲咱們接下來學習linux驅動打下堅實的基礎：

• 應用程序、庫、內核、驅動程序的關係

• 設備類型

• 設備文件、主設備號與從設備號

• 驅動程序與應用程序的區別

• 用戶態與內核態

• Linux驅動程序功能

1、應用程序、庫、內核、驅動程序的關係

1. 應用程序

           應用程序調用一系列函數庫，經過對文件的操做完成一系列功能, 應用程序以文件形式訪問各類硬件設備（linux特有的抽象方式，把全部的硬件訪問抽象爲對文件的讀寫、設置）

　　2.函數庫：

　　 部分函數無需內核的支持，由庫函數內部經過代碼實現，直接完成功能

         部分函數涉及到硬件操做或內核的支持，由內核完成對應功能，咱們稱其爲系統調用

       3.內核

　　   內核處理系統調用，根據設備文件類型、主設備號、從設備號（後面會講解），調用設備驅動程序；

      4.驅動程序

　　    設備驅動直接與硬件通訊；

 

 

2、設備類型

硬件設備分爲三大類：字符設備、塊設備、網絡設備。

1)字符設備：字符(char)設備是個可以像字節流（相似文件）同樣被訪問的設備。

    對字符設備發出讀/寫請求時，實際的硬件I/O操做通常緊接着發生；字符設備驅動程序一般至少要實現open、close、read和write系統調用。

    好比咱們常見的lcd、觸摸屏、鍵盤、led、串口等等。

2)塊設備：一個塊設備驅動程序主要經過傳輸固定大小的數據（通常爲512或1k）來訪問設備。

   塊設備經過buffer cache(內存緩衝區)訪問，能夠隨機存取，即：任何塊均可以讀寫，沒必要考慮它在設備的什麼地方。

    塊設備能夠經過它們的設備特殊文件訪問，可是更常見的是經過文件系統進行訪問。

    只有一個塊設備能夠支持一個安裝的文件系統。

    好比咱們常見的電腦硬盤、SD卡、U盤、光盤等，就像女人同樣是用來存儲信息的。

3)網絡接口：任何網絡事務都通過一個網絡接口造成，即一個可以和其餘主機交換數據的設備。

    訪問網絡接口的方法仍然是給它們分配一個惟一的名字（好比eth0），但這個名字在文件系統中不存在對應的節點。

    內核和網絡設備驅動程序間的通訊，徹底不一樣於內核和字符以及塊驅動程序之間的通訊，內核調用一套和數據包傳輸相關的函數（socket函數）而不是read、write等。

    好比咱們常見的網卡設備、藍牙設備。

    linux中全部的驅動程序最終都能歸到這三種設備中，固然他們之間也沒有很是嚴格的界限，這些都是程序中對他們的劃分而已，好比一個sd卡，咱們也能夠把它封裝成字符設備去操做也是沒有問題的。

3、設備文件、主設備號、從設備號

設備文件：Linux裏一切皆文件。應用程序使用設備文件節點訪問對應設備，Linux下的各類硬件設備以文件的形式存放於/dev目錄下，可使用ls /dev 查看,Linux把對硬件的操做所有抽象成對文件的操做（open,read,write,close,…），每一個設備文件都有其文件屬性（c或者b），使用ls /dev -l 的命令查看，代表其是字符設備或者塊設備，網絡設備沒有在這個文件夾下。

主設備號、從設備號：

在設備管理中，除了設備類型外，內核還須要一對被稱爲主從設備號的參數，才能惟一標識一個設備，相似人的身份證號。

主設備號：

   用於標識驅動程序，相同的主設備號使用相同的驅動程序，例如：S3C2440 有串口、LCD、觸摸屏三種設備，他們的主設備號各不相同；

從設備號：

    用於標識同一驅動程序的不一樣硬件

4、驅動程序與應用程序的區別

應用程序以main開始；驅動程序沒有main，它以一個模塊初始化函數做爲入口

應用程序從頭至尾執行一個任務；驅動程序完成初始化以後再也不運行，等待系統調用

應用程序可使用glibc等標準C函數庫；驅動程序不能使用標準C庫

5、用戶態與內核態的區分

驅動程序是內核的一部分，工做在內核態；應用程序工做在用戶態

數據空間訪問問題

沒法經過指針直接將兩者的數據地址進行傳遞

系統提供一系列函數幫助完成數據空間轉換
get_user
put_user
copy_from_user
copy_to_user

6、Linux驅動程序功能

對設備初始化和釋放資源

把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據

讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據

檢測和處理設備出現的錯誤(底層協議)

用於區分具體設備的實例