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Linux是一種廣泛使用的操作系統(tǒng)，尤其在嵌入式設備領域得到了大規(guī)模應用。然而，對于開發(fā)人員來說，理解Linux設備開發(fā)是非常重要的。因此，本文將深入解析Linux設備開發(fā)全面指南，幫助讀者掌握Linux設備開發(fā)的核心概念和技術。
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一、Linux設備驅動
在Linux中，設備驅動是一種負責將設備與操作系統(tǒng)進行交互的模塊。其作用是將設備的功能轉換為Linux內核的API，從而方便應用程序調用。Linux設備驅動通常包括以下幾個部分：
1. 初始化函數(shù)：用于初始化設備驅動，并將它注冊到系統(tǒng)中。它在設備連接到系統(tǒng)時被調用。
2. 中斷處理程序：用于處理設備中斷，采用中斷服務例程的方式執(zhí)行。
3. 系統(tǒng)調用：用于向驅動程序發(fā)送命令。它們可以由用戶空間的應用程序調用。對于一些設備操作，如讀取和寫入數(shù)據(jù)，通常需要使用系統(tǒng)調用。
4. 設備控制函數(shù)：用于控制設備的工作方式，如開啟關閉設備。
二、Linux設備驅動程序開發(fā)
Linux設備驅動程序開發(fā)的過程非常復雜，需要對系統(tǒng)的編程知識和Linux設備系統(tǒng)的工作原理有深入的了解。下面是一些關鍵步驟：
1. 設計和實現(xiàn)設備驅動程序：此步驟需要使用C語言進行編程。開發(fā)人員需要了解內核API和設備的硬件接口。
2. 構建內核模塊：內核模塊是一種在運行時將代碼加載到內存中的程序。它通常由設備驅動程序組成。開發(fā)人員需要使用內核源代碼進行模塊編譯。
3. 安裝模塊：安裝模塊是將模塊加載到內核的過程。開發(fā)人員需要使用inod命令將模塊加載到內存中。
4. 測試驅動程序：測試驅動程序是驗證驅動程序是否正確工作的過程。開發(fā)人員需要編寫測試程序以模擬設備操作。
三、Linux設備文件系統(tǒng)
在Linux中，每個設備都對應著一個設備文件。設備文件代表設備，允許應用程序像打開一個標準文件一樣與設備進行交互。設備文件通常位于/dev文件夾下，它們按照類型和目的不同，可以分為以下幾類：
1. 塊設備文件：用于存儲數(shù)據(jù)，如硬盤和CD-ROM。
2. 字符設備文件：用于處理字符輸入和輸出，如鍵盤和鼠標。
3. 虛擬文件系統(tǒng)：用于提供對其他文件系統(tǒng)的映射，如/proc和/sys。
四、Linux設備驅動程序示例
下面是一個簡單的Linux設備驅動程序示例，它顯示了如何實現(xiàn)一個字符設備的基本功能：
“`c
#include
#include
#include
#include
#include
//設備號
#define CHAR_DEVICE_MAJOR 240
#define CHAR_DEVICE_MINOR 0
#define DEVICE_NAME “charDevice”
MODULE_LICENSE(“GPL”);
static struct cdev cdev;
static struct class *class;
static int charDevice_open(struct inode * inode, struct file * file)
{
printk(“charDevice_open\n”);
return 0;
}
static long charDevice_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
printk(“charDevice_ioctl\n”);
return 0;
}
static int charDevice_release(struct inode * inode, struct file * file)
{
printk(“charDevice_release\n”);
return 0;
}
static ssize_t charDevice_read(struct file * file, char __user * buf, size_t size, loff_t * offset)
{
printk(“charDevice_read\n”);
return 0;
}
static ssize_t charDevice_write(struct file * file, const char __user * buf, size_t size, loff_t * offset)
{
printk(“charDevice_write\n”);
return 0;
}
static struct file_operations charDevice_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = charDevice_open,
.release = charDevice_release,
.read = charDevice_read,
.write = charDevice_write,
.unlocked_ioctl = charDevice_ioctl,
};
static int charDevice_init(void)
{
dev_t devNo;
int err;
printk(“charDevice_init\n”);
//注冊設備號
devNo = MKDEV(CHAR_DEVICE_MAJOR, CHAR_DEVICE_MINOR);
err = register_chrdev_region(devNo, 1, “charDevice”);
//初始化字符設備
cdev_init(&cdev, &charDevice_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
err = cdev_add(&cdev, devNo, 1);
//創(chuàng)建設備文件
class = class_create(THIS_MODULE, “charDevice”);
device_create(class, NULL, devNo, NULL, “charDevice”);
return err;
}
static void charDevice_exit(void)
{
dev_t devNo;
printk(“charDevice_exit\n”);
//摧毀設備文件
devNo = MKDEV(CHAR_DEVICE_MAJOR, CHAR_DEVICE_MINOR);
device_destroy(class, devNo);
class_destroy(class);
//移除字符設備
cdev_del(&cdev);
//釋放設備號
unregister_chrdev_region(devNo, 1);
}
module_init(charDevice_init);
module_exit(charDevice_exit);
“`
以上代碼實現(xiàn)了一個字符設備驅動程序，其中包括設備初始化，設備文件系統(tǒng)和設備驅動程序示例。此示例主要用于用于演示和說明Linux設備驅動程序的結構和實現(xiàn)方法。
五、
相關問題拓展閱讀：
- 如何系統(tǒng)的學習Linux驅動開發(fā)
- linux設備驅動開發(fā)詳解 第三版什么時候出
如何系統(tǒng)的學習Linux驅動開發(fā)
無根之木不活，無基之樓不立，無論是學習哪個領域知識，基礎是重中之重。
針對學習linux驅動，滑卜我們來仔細談談：
個人認為C語言和數(shù)據(jù)結構就是重中之重！Linux系統(tǒng)更優(yōu)秀的地方就在于內核。無論悄純是進程調度，內存管理，還是數(shù)據(jù)的組織形式，而這些算法的基礎就是一個高效而精簡的數(shù)據(jù)結構，紅黑樹也好，內核鏈表也好，看不懂C語言，搞不清數(shù)據(jù)結構，基本上談不上做驅動。基礎不扎實不要談上層建筑，資源不全面就不要談合作，很簡單的道理。
假設樓主的C語言和數(shù)據(jù)結構都是勉強過關的（分得清指針函數(shù)函數(shù)指針，能夠熟練自定義鏈表并進信運穗行增刪改查等鏈表或樹的算法重組）。我們來談下一個階段，讓我們對類Unix系統(tǒng)的基本操作有一個基本的了解，打開文件，切換路經，更改個密碼，填個用戶什么的。
接下來我們來談驅動，做驅動就得有做驅動的樣子，不知道樓主之前玩過裸板51或者AVR沒有，如果沒有，盡快搞通，資源很多，跟著人家把電平配一遍，來個矩陣鍵盤，組個跑馬燈，有成就感的同時也打下了硬件基礎，好處大大滴。
基于操作系統(tǒng)的驅動，即必須了解內核對驅動程序的管理方法，怎樣劃分一個具體的設備，是字符型？塊設備？還是別的什么，或者從總線的角度來劃分一個設備，i2c也好，USB也罷，還是數(shù)據(jù)地址控制這么一個三總線形式，都是有必要掌握的東西。
上升到應用，任何一個實踐項目中很難會有一個板子讓你從零開始寫驅動，百分之九十九是拿來改，這就是一個熟練的過程，做到一定多的東西，就會下意識地覺得，這個地方可能會有問題，我需要留意一下。
總結一下，驅動工程師其實也是一種硬件翻譯型工程師，其任務就是看懂手冊上的表格，然后體現(xiàn)在代碼里面?？陀^地說，我們這個行業(yè)門檻較高，隊友較少，不過等到真正入門之后，那種成就感是無與倫比的。
在學習之前一直對驅動開發(fā)非常的陌生，感覺有點神秘。不知道驅動開發(fā)和普通的程序開發(fā)究竟有什么不同；它的基本框架又是什么樣的；他的開發(fā)環(huán)境有什么特殊的地方；以及怎么寫編寫一個簡單的字符設備驅動前編譯加載，下面我就對這些問題一個一個的介紹。
一、驅動的基本框架
1． 那么究竟什么是驅動程序，它有什么用呢:
l 驅動是硬件設備與應用程序之間的一個中間軟件層
l 它使得某個特定硬件能夠響應一個定義良好的內部編程接口，同時完全隱蔽了設備的工作細節(jié)
l 渣巖叢 用戶通過一組與具體設備無關的標準化的調用來完成相應的操作
l 驅動程序的任務就是把這些標準化的系統(tǒng)調用映射到具體設備對于實際硬件的特定操作上
l 如櫻 驅動程序是內核的一部分，可以使用中斷、DMA等操作
l 驅動程序在用戶態(tài)和內核態(tài)之間傳遞數(shù)據(jù)
2． Linux驅動的基本框架
3． Linux下設備驅動程序的一般可以分為以下三類
1)字符設備
a)所有能夠象字節(jié)流一樣訪問的設備都通過字符設備來實現(xiàn)
b)它們被映射為文件系統(tǒng)中的節(jié)點，通常在/dev/目錄下面
c)一般要包含open read write close等系統(tǒng)調用的實現(xiàn)
2)塊設備
d)通常是指諸如磁盤、內存、Flash等可以容納文件系統(tǒng)的存儲設備。
e)塊設備也是通過文件系統(tǒng)來訪問，與字符設備的區(qū)別是：內核管理數(shù)據(jù)的方式不同
f)它允許象字符設備一樣棗困以字節(jié)流的方式來訪問，也可一次傳遞任意多的字節(jié)。
3)網絡接口設備
g)通常它指的是硬件設備，但有時也可能是一個軟件設備(如回環(huán)接口loopback)，它們由內核中網絡子系統(tǒng)驅動，負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。
h)它們的數(shù)據(jù)傳送往往不是面向流的，因此很難將它們映射到一個文件系統(tǒng)的節(jié)點上。
二、怎么搭建一個驅動的開發(fā)環(huán)境
因為驅動是要編譯進內核,在啟動內核時就會驅動此硬件設備；或者編譯生成一個.o文件, 當應用程序需要時再動態(tài)加載進內核空間運行。因此編譯任何一個驅動程序都要鏈接到內核的源碼樹。所以搭建環(huán)境的之一步當然是建內核源碼樹
1.怎么建內核源碼樹
a) 首先看你的系統(tǒng)有沒有源碼樹，在你的/lib/ modules目錄下會有內核信息，比如我當前的系統(tǒng)里有兩個版本：
#ls /lib/ modules
2.6.15-rc7 2.6.21-1.3194.fc7
查看其源碼位置:
## ll /lib/modules/2.6.15-rc7/build
lrwxrwxrwx 1 root root 19:19 /lib/modules/2.6.15-rc7/build -> /root/xkli/linux-2.6.15-rc7
發(fā)現(xiàn)build是一個鏈接文件，其所對應的目錄就是源碼樹的目錄。但現(xiàn)在這里目標目錄已經是無效的了。所以得自己重新下載
b)下載并編譯源碼樹
有很多網站上可以下載，但官方網址是：
下載完后當然就是解壓編譯了
# tar –xzvf linux-2.6.16.54.tar.gz
#cd linux-2.6.16.54
## make menuconfig (配置內核各選項,如果沒有配置就無法下一步編譯，這里可以不要改任何東西)
#make
…
如果編譯沒有出錯。那么恭喜你。你的開發(fā)環(huán)境已經搭建好了
三、了解驅動的基本知識
1.設備號
1)什么是設備號呢？我們進系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有的設備來講解就清楚了：
#ls -l /dev/
crwxrwxrwx 1 root root 1,1 16:36 null
crwroot root 4,1 16:35 systty
crw-rw-rw- 1 root tty,1 16:36 tty
crw-rwroot tty,1 16:35 tty0
在日期前面的兩個數(shù)（如之一列就是1,3）就是表示的設備號，之一個是主設備號，第二個是從設備號
2)設備號有什么用呢？
l 傳統(tǒng)上, 主編號標識設備相連的驅動. 例如, /dev/null 和 /dev/zero 都由驅動 1 來管理, 而虛擬控制臺和串口終端都由驅動 4 管理
l 次編號被內核用來決定引用哪個設備. 依據(jù)你的驅動是如何編寫的自己區(qū)別
3)設備號結構類型以及申請方式
l 在內核中, dev_t 類型(在 中定義)用來持有設備編號, 對于 2.6.0 內核, dev_t 是 32 位的量, 12 位用作主編號, 20 位用作次編號.
l 能獲得一個 dev_t 的主或者次編號方式：
MAJOR(dev_t dev); //主要
MINOR(dev_t dev);//次要
l 但是如果你有主次編號, 需要將其轉換為一個 dev_t, 使用: MKDEV(int major, int minor);
4)怎么在程序中分配和釋放設備號
在建立一個字符驅動時需要做的之一件事是獲取一個或多個設備編號來使用. 可以達到此功能的函數(shù)有兩個：
l一個是你自己事先知道設備號的
register_chrdev_region, 在 中聲明:
int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);
first 是你要分配的起始設備編號. first 的次編號部分常常是 0,count 是你請求的連續(xù)設備編號的總數(shù). name 是應當連接到這個編號范圍的設備的名子; 它會出現(xiàn)在 /proc/devices 和 sysfs 中.
l第二個是動態(tài)動態(tài)分配設備編號
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);
使用這個函數(shù), dev 是一個只輸出的參數(shù), 它在函數(shù)成功完成時持有你的分配范圍的之一個數(shù). fisetminor 應當是請求的之一個要用的次編號; 它常常是 0. count 和 name 參數(shù)如同給 request_chrdev_region 的一樣.
5)設備編號的釋放使用
不管你是采用哪些方式分配的設備號。使用之后肯定是要釋放的，其方式如下：
void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);
6)
2.驅動程序的二個最重要數(shù)據(jù)結構
1)file_operation
倒如字符設備scull的一般定義如下：
struct file_operations scull_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = scull_llseek,
.read = scull_read,
.write = scull_write,
.ioctl = scull_ioctl,
.open = scull_open,
.release = scull_release,
};
file_operation也稱為設備驅動程序接口
定義在 , 是一個函數(shù)指針的. 每個打開文件(內部用一個 file 結構來代表)與它自身的函數(shù)相關連( 通過包含一個稱為 f_op 的成員, 它指向一個 file_operations 結構). 這些操作大部分負責實現(xiàn)系統(tǒng)調用, 因此, 命名為 open, read, 等等
2)File
定義位于include/fs.h
struct file結構與驅動相關的成員
lmode_t f_mode 標識文件的讀寫權限
lloff_t f_pos當前讀寫位置
lunsigned int_f_flag 文件標志，主要進行阻塞/非阻塞型操作時檢查
lstruct file_operation * f_op 文件操作的結構指針
lvoid * private_data 驅動程序一般將它指向已經分配的數(shù)據(jù)
lstruct dentry* f_dentry 文件對應的目錄項結構
3.字符設備注冊
1)內核在內部使用類型 struct cdev 的結構來代表字符設備. 在內核調用你的設備操作前, 必須編寫分配并注冊一個或幾個這些結構. 有 2 種方法來分配和初始化一個這些結構.
l如果你想在運行時獲得一個獨立的 cdev 結構,可以這樣使用:
struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();
my_cdev->ops = &my_fops;
l如果想將 cdev 結構嵌入一個你自己的設備特定的結構; 你應當初始化你已經分配的結構, 使用:
void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);
2)一旦 cdev 結構建立, 最后的步驟是把它告訴內核, 調用:
int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);
說明：dev 是 cdev 結構, num 是這個設備響應的之一個設備號, count 是應當關聯(lián)到設備的設備號的數(shù)目. 常常 count 是 1, 但是有多個設備號對應于一個特定的設備的情形.
3)為從系統(tǒng)去除一個字符設備, 調用:
void cdev_del(struct cdev *dev);
4.open 和 release
可以讀讀內核源碼，比如說minix。你看的那本書還不錯，還有一本“設備驅動程序”，好像是電力出版社的。另外你可以搞兩臺虛擬機試著做做東西，寫程序經驗和感覺都很重要。
個人感覺書還是要紙質的書，確實如此，網上下的東西，看起來總覺得力不從心。
我旁讓前個人的感覺是有興趣內核源碼要研究一下，很有幫助。另外有時候寫東西對概念的理解很重要，VC其實也不錯，因為運清現(xiàn)在會VC的人越來越少了，我曾經做過一段時間，滑羨那是n年前的事情了，因為一直做Linux和JAVA，現(xiàn)在已經徹底丟了，我們是做設備的，LInux，windows都需要做驅動，我們一直招這種人招不到，即使招到也是做應用的。
做嵌入式應用的話一般的編程就可以了。那么嵌入式驅動開陸純發(fā)與內核開發(fā)的話就需要學習多個方面的知識。我就把這方面的要求給你交流一下：
（一家之言啊，自己多年從事嵌入式開發(fā)的一點感悟）
嵌入式驅動開發(fā)需要了解的知識大概有以下幾類：
1 嵌入式操作系統(tǒng)驅動框架。每一個操作系統(tǒng)都有自己的構架，應該了解驅動在整個系統(tǒng)中的具置與構建驅動程序的主要事項
2 總線知識，比如PCI、USB總線。
3 芯片知識。驅動其實就是對設備上一些寄存器的配置、CPU與設備本身的通訊以及對不同命令的處理
4 要做好驅動，必須對所使用的CPU體系結構有一個比較深刻的認識
5 C++基本用不上，主要是C和匯編。
6 做驅動更好雹悉冊要懂內核調試（比如源宏說linux）
先熟悉module的使用和編寫
一、什么是module
從名字上看就是模塊的意思，我個人的理解就是一個一個的小程序，可以進行動態(tài)的安裝和卸載，而在這里面就實現(xiàn)一些功能，其中驅動就是在module中。
二、編寫一個最簡單的module
編寫一個最簡單的module只需要兩個文件即可：Makefile和xxx.c
（1）Makefile
1 #ubuntu的內核源碼樹，如果要編譯在ubuntu中安裝的模塊就打開這2個 2 #KERN_VER = $(shell uname -r) 3 #KERN_DIR = /lib/modules/$(KERN_VER)/build
6 #開發(fā)板的linux內核的源碼樹目蔽耐錄 7 KERN_DIR = /root/3288_5.1/kernel
8 9 obj-m += module_test.o10 11 all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
13 14 .PHONY: clean
15 clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
在上面的Makefile中，最核心的一句就是make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
這句話的意思就是進宏手春入到kernel的源碼目薯腔錄中，使用內核源碼中的編譯規(guī)格來進行編譯這個模塊。
其目的主要是為了將module和kernel保持一致，在加載module時就不會出錯。
（2）module_test.c
1 #include// module_init module_exit 2 #include// __init __exit 3 4 // 模塊安裝函數(shù) 5 static int __init chrdev_init(void) 6 {
7 printk(KERN_INFO “chrdev_init helloworld init\n”);return 0;10 }11 12 // 模塊卸載函數(shù)13 static void __exit chrdev_exit(void)14 {printk(KERN_INFO “chrdev_exit helloworld exit\n”);16 }17 18 module_init(chrdev_init);19 module_exit(chrdev_exit);20 21 // MODULE_xxx這種宏作用是用來添加模塊描述信息22 MODULE_LICENSE(“GPL”); // 描述模塊的許可證23 MODULE_AUTHOR(“xuan”); // 描述模塊的作者24 MODULE_DESCRIPTION(“module test”); // 描述模塊的介紹信息25 MODULE_ALIAS(“alias xxx”);// 描述模塊的別名信息
（3）編譯和安裝module
進入到代碼的文件夾中，輸入：make
然后，將生成的.ko文件放到平臺中，輸入：inod xxx.ko
根據(jù)這個思路去學習
建議在看看這本書《Linux就該這么學》
linux設備驅動開發(fā)詳解 第三版什么時候出
這本書已經出版了，因為更換了出版社，所以喊衫不能叫第三版。現(xiàn)在的名字凱陸叫盯滲頃《
linux設備驅動開發(fā)詳解：基于最新的Linux4.0內核》，這是名副其實的第三版。
《Linux設備驅動開發(fā)詳解(第3版)》的最新進展。
2023.8.22 目前初步完成2-11章以及第22章 《Linux設備驅動的調試》，相對于第2版，這幾章主要的變更。
是修正或升級；是新增知識點；是刪除的內容
第2章 《驅動設計的硬件基礎》
增加關于SoC的介紹；
增加關于eFuse的內容；
刪除ISA總線的內容了；
增加關于SPI總線的介紹；
山嫌慎 增加USB 3.0的介紹；
修正USB同步傳輸方式英文名；
刪除關于cPCI介者拆紹；
增加關于PCI Express介紹；
增加關于Xilinx ZYNQ的介紹；
逗敬 增加SD/SDIO/eMMC的章節(jié)；
刪除“原理圖分析的內容”一節(jié)；
增加通過邏輯分析儀看I2C總線的例子；
關于linux設備開發(fā)詳解的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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當前文章：深入解析：Linux設備開發(fā)全面指南(linux設備開發(fā)詳解)
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