Linux驱动开发

本文最后更新于：2022年6月6日 晚上

主要内容：

  1. Linux 应用程序和底层驱动的关系
  2. 怎么编写Linux下的驱动

理解 驱动开发就是为了给应用程序提供操作底层设备的函数接口

Linux 驱动

Linux 设备驱动开发

  1. Linux 设备驱动框架(固定)
  2. 自己动手编写驱动
  3. 简单(C语言)

Linux 驱动 vs 裸机驱动

裸机驱动 （mpu6050 i2c）

直接操作控制器，让硬件工作，实现硬件功能和如何使用这些功能是在一起

Linux 驱动

因为操作系统中，同类硬件设备一般只有一个，但是想操作硬件设备的进程会很多。这就带来一个问题，应用层如何访问硬件设备以及多个人同时访问的时候，如何解决并发问题。

Linux 驱动本质是向应用层提供访问硬件设备的函数接口，也就是说驱动只是提供硬件的功能函数接口，而如何使用这些功能由应用层代码去做。

注意：Linux下的驱动提供函数接口，必须遵从设备驱动的框架,便于Linux操作系统对设备进行管理。

Linux 驱动 = Linux 驱动框架 + 裸机操作

Linux 设备分类

设备种类 举例
字符设备 键盘，鼠标, …
块设备 u盘，emmc,硬盘,….
网络设备 网卡

注意 :
(1)字符设备和块设备驱动在应用层存在设备文件和驱动对应。
(2)网络设备驱动在应用层存在是网络接口 (ifconfig命令可以查看)

模块编译的过程

在 Linux 内核中添加模块代码

按照 Linux 规定模块的形式添加代码

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#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

MODULE_LICENSE("GPL v2");

static int hello_init(void) //入口函数
{
	printk("Hello linux module init!\n");
	return 0;
}

static void  hello_exit(void)//出口函数
{
	printk("Hello linux module exit!\n");
}

module_init(hello_init);   //告诉linux模块入口函数,加载模块代码到操作系统的时候会调用
module_exit(hello_exit);   //告诉linux模块出口函数,从操作系统中卸载模块代码的时候调用

模块 Makefile 编写

思想

Linux 内核源码的编译系统可以编译我们编写的模块代码

编译方式

  1. 第一种 （产品发布）：

    将自己编写的代码，拷贝到Linux内核源码树下，然后配置编译,编译进内核

  2. 第二种 （驱动调试）：

    自己编写Makefile,然后使用Linux内核的编译系统，编译自己的模块代码

    Q 1: Linux内核的编译系统在哪里?

    1. Linux内核源码下的Makefile

      注意 : 你的Linux内核源码必须已经根据自己所开发的平台进行了配置

      [1]修改了Makefile,指定了开发工具链
      [2]已经使用Linux内核默认配置文件进行了配置

    2. ubuntu系统自带的Linux内核编译系统 (pc机，x86)

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      /lib/modules/3.13.0-32-generic/build/Makefile

    Q 2：如何在自己编写的Makefile中使用Linux内核的编译系统 ？

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    make  -C  linux内核编译系统的路径  M=需要编译的模块代码路径  modules

    make 调用当前目录下的Makefile———–切换到————>linux内核编译系统的路径Makefile

    1. 使用 Linux 内核编译的 Makefile
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    # 标准模板
    ifeq ($(KERNELRELEASE),)

    KERNEL_BUILD=/lib/modules/$(shell uname -r)/build  记录Linux内核的编译系统路径
    MODULE_PATH =$(shell pwd) 记录模块代码的路径

    module:
    	$(MAKE) -C $(KERNEL_BUILD) M=$(MODULE_PATH) modules 
    	# make    -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build  M=记录模块代码的路径   modules

    clean:
    	$(MAKE) -C $(KERNEL_BUILD) M=$(MODULE_PATH) clean

    else

    	obj-m = hello_module.o

    endif
    1. 模块操作
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    insmod  加载模块  ---->  模块入口函数
    lsmod   查看系统中的模块
    rmmod   卸载模块  ---->  模块出口函数
    modinfo led-driver.ko 查看模块包含的信息

    注意 :

    查看内核空间printk打印的信息: dmesg, 清除 :dmesg -c

Linux 应用程序调用底层驱动

核心思想 （牢记）：

Linux 驱动本质是向应用层提供访问硬件设备的函数接口

应用程序 和 底层驱动

  1. 应用层的进程如何访问底层的驱动程序

    • 字符设备或块设备，我们可以通过设备文件（属性信息中包含的设备号）来找到底层驱动程序

    • 驱动的标识：设备号

      12bit(主设备号) + 20bit(次设备号) = 32bit

      主设备号:标识一类设备
      次设备号:为了区分同类型设备的不同设备

  2. Linux内核有那么多驱动程序，如何才能确定自己需要访问的驱动程序?

    通过设备文件中包含的设备号信息

  3. Linux内核中，如何描述文件?

    1. struct inode 描述文件属性信息

      • 文件类型，权限，大小，修改时间，设备号[设备文件]

      • 和设备文件共存亡，只分配一次

    2. struct file 描述一个打开的文件(打开的方式，文件偏移量,…)

      • 只要打开一次文件，就会分配一次

  4. 应用层访问底层字符设备驱动的过程?

    open —-> 设备文件

    ​ —->struct inode:设备号
    ​ —–>struct cdev
    ​ 它的一个成员记录操作硬件设备的函数接口
    ​ (struct file_operations)
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    寻找成功之后:
    struct inode --- 结构体记录struct cdev这个结构体首地址
    struct file  --- 结构体记录struct file_operations这个结构体首地址

  5. 写字符驱动，需要做什么?

    1. 需要给自己设计的结构体分配空间

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      /* struct cdev:Linux 针对字符设备的通用描述 */
      		struct  led_device{
      			struct cdev cdev;/* 通用的字符设备描述 */
      			...
      		};
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      pled = kmalloc(sizeof(struct led_device), GFP_KERNEL);

    2. 提供硬件设备的操作函数接口

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      cdev_init(&pled->led_cdev,&led_fops);

    3. 申请一个空闲的设备号

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      devno = MKDEV(LED_DEVICE_MAJOR,0); //返回设备号
      register_chrdev_region(devno, 1, "led-device"); //注册设备号

    4. 使用设备号，将 struct cdev 这个结构体添加到系统中去 

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      cdev_add(&led_cdev, devno, 1);  //添加字符设备

    5. 创建设备文件

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      mknod  设备文件名  设备文件类型  主设备号  次设备号
               
      mknod   /dev/led     c            250         0

Linux 应用层和驱动层关系图

学习笔记 底层开发
Linux Kernel 驱动开发

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