linux驅動環境

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2. 如何系統的學習Linux驅動開發

在學習之前一直對驅動開發非常的陌生，感覺有點神秘。不知道驅動開發和普通的程序開發究竟有什麼不同；它的基本框架又是什麼樣的；他的開發環境有什麼特殊的地方；以及怎麼寫編寫一個簡單的字元設備驅動前編譯載入，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．那麼究竟什麼是驅動程序，它有什麼用呢:

l驅動是硬體設備與應用程序之間的一個中間軟體層

l它使得某個特定硬體能夠響應一個定義良好的內部編程介面，同時完全隱蔽了設備的工作細節

l用戶通過一組與具體設備無關的標准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准化的系統調用映射到具體設備對於實際硬體的特定操作上

l驅動程序是內核的一部分，可以使用中斷、DMA等操作

l驅動程序在用戶態和內核態之間傳遞數據

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)字元設備

a)所有能夠象位元組流一樣訪問的設備都通過字元設備來實現

b)它們被映射為文件系統中的節點，通常在/dev/目錄下面

c)一般要包含open read write close等系統調用的實現

2)塊設備

d)通常是指諸如磁碟、內存、Flash等可以容納文件系統的存儲設備。

e)塊設備也是通過文件系統來訪問，與字元設備的區別是：內核管理數據的方式不同

f)它允許象字元設備一樣以位元組流的方式來訪問，也可一次傳遞任意多的位元組。

3)網路介面設備

g)通常它指的是硬體設備，但有時也可能是一個軟體設備(如回環介面loopback)，它們由內核中網路子系統驅動，負責發送和接收數據包。

h)它們的數據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的節點上。

二、怎麼搭建一個驅動的開發環境

因為驅動是要編譯進內核,在啟動內核時就會驅動此硬體設備；或者編譯生成一個.o文件,當應用程序需要時再動態載入進內核空間運行。因此編譯任何一個驅動程序都要鏈接到內核的源碼樹。所以搭建環境的第一步當然是建內核源碼樹

1.怎麼建內核源碼樹

a)首先看你的系統有沒有源碼樹，在你的/lib/ moles目錄下會有內核信息，比如我當前的系統里有兩個版本：

#ls /lib/ moles

2.6.15-rc72.6.21-1.3194.fc7

查看其源碼位置:

## ll /lib/moles/2.6.15-rc7/build

lrwxrwxrwx 1 root root 27 2008-04-28 19:19 /lib/moles/2.6.15-rc7/build -> /root/xkli/linux-2.6.15-rc7

發現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)下載並編譯源碼樹

有很多網站上可以下載，但官方網址是：

http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/

下載完後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。那麼恭喜你。你的開發環境已經搭建好了

三、了解驅動的基本知識

1.設備號

1)什麼是設備號呢？我們進系統根據現有的設備來講解就清楚了：

#ls -l /dev/

crwxrwxrwx 1 root root1,3 2009-05-11 16:36 null

crw------- 1 root root4,0 2009-05-11 16:35 systty

crw-rw-rw- 1 root tty5,0 2009-05-11 16:36 tty

crw-rw---- 1 root tty4,0 2009-05-11 16:35 tty0

在日期前面的兩個數（如第一列就是1,3）就是表示的設備號，第一個是主設備號，第二個是從設備號

2)設備號有什麼用呢？

l傳統上,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,而虛擬控制台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.依據你的驅動是如何編寫的自己區別

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,對於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)怎麼在程序中分配和釋放設備號

在建立一個字元驅動時需要做的第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是你請求的連續設備編號的總數. name是應當連接到這個編號范圍的設備的名子;它會出現在/proc/devices和sysfs中.

l第二個是動態動態分配設備編號

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);

使用這個函數, dev是一個只輸出的參數,它在函數成功完成時持有你的分配范圍的第一個數. fisetminor應當是請求的第一個要用的次編號;它常常是0. count和name參數如同給request_chrdev_region的一樣.

5)設備編號的釋放使用

不管你是採用哪些方式分配的設備號。使用之後肯定是要釋放的，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據結構

1)file_operation

倒如字元設備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介面

定義在,是一個函數指針的集合.每個打開文件(內部用一個file結構來代表)與它自身的函數集合相關連(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系統調用,因此,命名為open, read,等等

2)File

定義位於include/fs.h

struct file結構與驅動相關的成員

lmode_t f_mode標識文件的讀寫許可權

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據

lstruct dentry* f_dentry文件對應的目錄項結構

3.字元設備注冊

1)內核在內部使用類型struct cdev的結構來代表字元設備.在內核調用你的設備操作前,必須編寫分配並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,最後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是這個設備響應的第一個設備號, count是應當關聯到設備的設備號的數目.常常count是1,但是有多個設備號對應於一個特定的設備的情形.

3)為從系統去除一個字元設備,調用:

void cdev_del(struct cdev *dev);

4.open和release