LINUX设备驱动程序

❶ 如何写linux pci设备驱动程序

Linux下PCI设备驱动开发
1. 关键数据结构
PCI设备上有三种地址空间：PCI的I/O空间、PCI的存储空间和PCI的配置空间。CPU可以访问PCI设备上的所有地址空间，其中I/O空间和存储空间提供给设备驱动程序使用，而配置空间则由Linux内核中的PCI初始化代码使用。内核在启动时负责对所有PCI设备进行初始化，配置好所有的PCI设备，包括中断号以及I/O基址，并在文件/proc/pci中列出所有找到的PCI设备，以及这些设备的参数和属性。
Linux驱动程序通常使用结构（struct）来表示一种设备，而结构体中的变量则代表某一具体设备，该变量存放了与该设备相关的所有信息。好的驱动程序都应该能驱动多个同种设备，每个设备之间用次设备号进行区分，如果采用结构数据来代表所有能由该驱动程序驱动的设备，那么就可以简单地使用数组下标来表示次设备号。
在PCI驱动程序中，下面几个关键数据结构起着非常核心的作用：
pci_driver
这个数据结构在文件include/linux/pci.h里，这是Linux内核版本2.4之后为新型的PCI设备驱动程序所添加的，其中最主要的是用于识别设备的id_table结构，以及用于检测设备的函数probe( )和卸载设备的函数remove( )：
struct pci_driver {
struct list_head node;
char *name;
const struct pci_device_id *id_table;
int (*probe) (struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id);
void (*remove) (struct pci_dev *dev);
int (*save_state) (struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*suspend)(struct pci_dev *dev, u32 state);
int (*resume) (struct pci_dev *dev);
int (*enable_wake) (struct pci_dev *dev, u32 state, int enable);
};
pci_dev
这个数据结构也在文件include/linux/pci.h里，它详细描述了一个PCI设备几乎所有的
硬件信息，包括厂商ID、设备ID、各种资源等：
struct pci_dev {
struct list_head global_list;
struct list_head bus_list;
struct pci_bus *bus;
struct pci_bus *subordinate;
void *sysdata;
struct proc_dir_entry *procent;
unsigned int devfn;
unsigned short vendor;
unsigned short device;
unsigned short subsystem_vendor;
unsigned short subsystem_device;
unsigned int class;
u8 hdr_type;
u8 rom_base_reg;
struct pci_driver *driver;
void *driver_data;
u64 dma_mask;
u32 current_state;
unsigned short vendor_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];
unsigned short device_compatible[DEVICE_COUNT_COMPATIBLE];
unsigned int irq;
struct resource resource[DEVICE_COUNT_RESOURCE];
struct resource dma_resource[DEVICE_COUNT_DMA];
struct resource irq_resource[DEVICE_COUNT_IRQ];
char name[80];
char slot_name[8];
int active;
int ro;
unsigned short regs;
int (*prepare)(struct pci_dev *dev);
int (*activate)(struct pci_dev *dev);
int (*deactivate)(struct pci_dev *dev);
};
2. 基本框架
在用模块方式实现PCI设备驱动程序时，通常至少要实现以下几个部分：初始化设备模块、设备打开模块、数据读写和控制模块、中断处理模块、设备释放模块、设备卸载模块。下面给出一个典型的PCI设备驱动程序的基本框架，从中不难体会到这几个关键模块是如何组织起来的。
/* 指明该驱动程序适用于哪一些PCI设备 */
static struct pci_device_id demo_pci_tbl [] __initdata = {
{PCI_VENDOR_ID_DEMO, PCI_DEVICE_ID_DEMO,
PCI_ANY_ID, PCI_ANY_ID, 0, 0, DEMO},
{0,}
};
/* 对特定PCI设备进行描述的数据结构 */
struct demo_card {
unsigned int magic;
/* 使用链表保存所有同类的PCI设备 */
struct demo_card *next;
/* ... */
}
/* 中断处理模块 */
static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
/* ... */
}
/* 设备文件操作接口 */
static struct file_operations demo_fops = {
owner: THIS_MODULE, /* demo_fops所属的设备模块 */
read: demo_read, /* 读设备操作*/
write: demo_write, /* 写设备操作*/
ioctl: demo_ioctl, /* 控制设备操作*/
mmap: demo_mmap, /* 内存重映射操作*/
open: demo_open, /* 打开设备操作*/
release: demo_release /* 释放设备操作*/
/* ... */
};
/* 设备模块信息 */
static struct pci_driver demo_pci_driver = {
name: demo_MODULE_NAME, /* 设备模块名称 */
id_table: demo_pci_tbl, /* 能够驱动的设备列表 */
probe: demo_probe, /* 查找并初始化设备 */
remove: demo_remove /* 卸载设备模块 */
/* ... */
};
static int __init demo_init_mole (void)
{
/* ... */
}
static void __exit demo_cleanup_mole (void)
{
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}
/* 加载驱动程序模块入口 */
mole_init(demo_init_mole);
/* 卸载驱动程序模块入口 */
mole_exit(demo_cleanup_mole);
上面这段代码给出了一个典型的PCI设备驱动程序的框架，是一种相对固定的模式。需要注意的是，同加载和卸载模块相关的函数或数据结构都要在前面加上__init、__exit等标志符，以使同普通函数区分开来。构造出这样一个框架之后，接下去的工作就是如何完成框架内的各个功能模块了。
3. 初始化设备模块
在Linux系统下，想要完成对一个PCI设备的初始化，需要完成以下工作：
检查PCI总线是否被Linux内核支持；
检查设备是否插在总线插槽上，如果在的话则保存它所占用的插槽的位置等信息。
读出配置头中的信息提供给驱动程序使用。
当Linux内核启动并完成对所有PCI设备进行扫描、登录和分配资源等初始化操作的同时，会建立起系统中所有PCI设备的拓扑结构，此后当PCI驱动程序需要对设备进行初始化时，一般都会调用如下的代码：
static int __init demo_init_mole (void)
{
/* 检查系统是否支持PCI总线 */
if (!pci_present())
return -ENODEV;
/* 注册硬件驱动程序 */
if (!pci_register_driver(&demo_pci_driver)) {
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
return -ENODEV;
}
/* ... */
return 0;
}
驱动程序首先调用函数pci_present( )检查PCI总线是否已经被Linux内核支持，如果系统支持PCI总线结构，这个函数的返回值为0，如果驱动程序在调用这个函数时得到了一个非0的返回值，那么驱动程序就必须得中止自己的任务了。在2.4以前的内核中，需要手工调用pci_find_device( )函数来查找PCI设备，但在2.4以后更好的办法是调用pci_register_driver( )函数来注册PCI设备的驱动程序，此时需要提供一个pci_driver结构，在该结构中给出的probe探测例程将负责完成对硬件的检测工作。
static int __init demo_probe(struct pci_dev *pci_dev, const struct
pci_device_id *pci_id)
{
struct demo_card *card;
/* 启动PCI设备 */
if (pci_enable_device(pci_dev))
return -EIO;
/* 设备DMA标识 */
if (pci_set_dma_mask(pci_dev, DEMO_DMA_MASK)) {
return -ENODEV;
}
/* 在内核空间中动态申请内存 */
if ((card = kmalloc(sizeof(struct demo_card), GFP_KERNEL)) == NULL) {
printk(KERN_ERR "pci_demo: out of memory\n");
return -ENOMEM;
}
memset(card, 0, sizeof(*card));
/* 读取PCI配置信息 */
card->iobase = pci_resource_start (pci_dev, 1);
card->pci_dev = pci_dev;
card->pci_id = pci_id->device;
card->irq = pci_dev->irq;
card->next = devs;
card->magic = DEMO_CARD_MAGIC;
/* 设置成总线主DMA模式 */
pci_set_master(pci_dev);
/* 申请I/O资源 */
request_region(card->iobase, 64, card_names[pci_id->driver_data]);
return 0;
}
4. 打开设备模块
在这个模块里主要实现申请中断、检查读写模式以及申请对设备的控制权等。在申请控制权的时候，非阻塞方式遇忙返回，否则进程主动接受调度，进入睡眠状态，等待其它进程释放对设备的控制权。
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 申请中断，注册中断处理程序 */
request_irq(card->irq, &demo_interrupt, SA_SHIRQ,
card_names[pci_id->driver_data], card)) {
/* 检查读写模式 */
if(file->f_mode & FMODE_READ) {
/* ... */
}
if(file->f_mode & FMODE_WRITE) {
/* ... */
}
/* 申请对设备的控制权 */
down(&card->open_sem);
while(card->open_mode & file->f_mode) {
if (file->f_flags & O_NONBLOCK) {
/* NONBLOCK模式，返回-EBUSY */
up(&card->open_sem);
return -EBUSY;
} else {
/* 等待调度，获得控制权 */
card->open_mode |= f_mode & (FMODE_READ | FMODE_WRITE);
up(&card->open_sem);
/* 设备打开计数增1 */
MOD_INC_USE_COUNT;
/* ... */
}
}
}
5. 数据读写和控制信息模块
PCI设备驱动程序可以通过demo_fops 结构中的函数demo_ioctl( )，向应用程序提供对硬件进行控制的接口。例如，通过它可以从I/O寄存器里读取一个数据，并传送到用户空间里：
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int
cmd, unsigned long arg)
{
/* ... */
switch(cmd) {
case DEMO_RDATA:
/* 从I/O端口读取4字节的数据 */
val = inl(card->iobae + 0x10);
/* 将读取的数据传输到用户空间 */
return 0;
}
/* ... */
}
事实上，在demo_fops里还可以实现诸如demo_read( )、demo_mmap( )等操作，Linux内核源码中的driver目录里提供了许多设备驱动程序的源代码，找那里可以找到类似的例子。在对资源的访问方式上，除了有I/O指令以外，还有对外设I/O内存的访问。对这些内存的操作一方面可以通过把I/O内存重新映射后作为普通内存进行操作，另一方面也可以通过总线主DMA（Bus Master DMA）的方式让设备把数据通过DMA传送到系统内存中。
6. 中断处理模块
PC的中断资源比较有限，只有0~15的中断号，因此大部分外部设备都是以共享的形式申请中断号的。当中断发生的时候，中断处理程序首先负责对中断进行识别，然后再做进一步的处理。
static void demo_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
struct demo_card *card = (struct demo_card *)dev_id;
u32 status;
spin_lock(&card->lock);
/* 识别中断 */
status = inl(card->iobase + GLOB_STA);
if(!(status & INT_MASK))
{
spin_unlock(&card->lock);
return; /* not for us */
}
/* 告诉设备已经收到中断 */
outl(status & INT_MASK, card->iobase + GLOB_STA);
spin_unlock(&card->lock);
/* 其它进一步的处理，如更新DMA缓冲区指针等 */
}
7. 释放设备模块
释放设备模块主要负责释放对设备的控制权，释放占用的内存和中断等，所做的事情正好与打开设备模块相反：
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* ... */
/* 释放对设备的控制权 */
card->open_mode &= (FMODE_READ | FMODE_WRITE);
/* 唤醒其它等待获取控制权的进程 */
wake_up(&card->open_wait);
up(&card->open_sem);
/* 释放中断 */
free_irq(card->irq, card);
/* 设备打开计数增1 */
MOD_DEC_USE_COUNT;
/* ... */
}
8. 卸载设备模块
卸载设备模块与初始化设备模块是相对应的，实现起来相对比较简单，主要是调用函数pci_unregister_driver( )从Linux内核中注销设备驱动程序：
static void __exit demo_cleanup_mole (void)
{
pci_unregister_driver(&demo_pci_driver);
}
小结
PCI总线不仅是目前应用广泛的计算机总线标准，而且是一种兼容性最强、功能最全的计算机总线。而Linux作为一种新的操作系统，其发展前景是无法估量的，同时也为PCI总线与各种新型设备互连成为可能。由于Linux源码开放，因此给连接到PCI总线上的任何设备编写驱动程序变得相对容易。本文介绍如何编译Linux下的PCI驱动程序，针对的内核版本是2.4。

❷ Linux驱动与设备节点简介 & Android内核与Linux内核的区别

驱动是内核的一部分，作为直接访问物理硬件的一个软件层，用于应用程序与物理硬件设备通信。内核包含多种驱动，如WIFI、USB、Audio、蓝牙、相机、显示驱动。

（1）设备驱动程序三类：字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序；

（2）对应Linux三类设备：字符设备、块设备、网络设备；

（3）常见字符设备：鼠标、键盘、串口、控制台等；

（4）常见块设备：各种硬盘、flash磁盘、RAM磁盘等；

（5）网络设备(网络接口)：eth0、eth1，注：网络设备没有设备节点，应用程序通过Socket访问网络设备。由于网络设备面向报文，较难实现相关read、write等文件读写函数，所以驱动的实现也与字符设备和块设备不同。

Linux使用对文件一样的管理方式来管理设备，所有设备都以文件的形式存放在/dev目录下，系统中的每个字符设备或者块设备都必须为其创建一个设备文件，它包含了该设备的设备类型（块设备或字符设滚桥备）、设备号（主设备号和次设备号）以及设备访问控制属性等。设备节点通过 mknod 命令创建，也可以由Udev用户工具软件在系统启动后根据/sys目录下每个设备的实际信息创建，使用后一种方式可以为每个设备动态分配设备号。

Linux中设备节点通过“mknod”命令创建，创建时需要指定主设备号和次设备号，即指定对应的驱动程序和对应的物理设备（访问设备节点时就相当于通过其设备号访问驱动程序进而间接访问到物理设备）。主设备号用来区分不同种类的设备，而次设备号用来区分同一类大举猛型的多个设备。对于常用设备，Linux有约定俗成的编号，如硬盘的主设备号是3

理解：应用程序通过访问设备节点读取主设备号和次设备号，通过主设答枯备号找对应的驱动，通过次设备号对应到具体物理设备。注：1个驱动对应一类设备，并用唯一主设备号标识。

Linux支持的各种设备的主设备号定义在include/linux/major.h文件中，已经在官方注册的主设备号和次设备号在Documentation/devices.txt文件中。

Android系统最底层是Linux，并且在中间加上了一个Dalvik / ART的Java虚拟机，从表面层看是Android运行库。每个Android应用都运行在自己的进程上，享有Dalvik / ART虚拟机为它分配的专有实例，并支持多个虚拟机在同一设备上高效运行，虚拟机执行的是专有格式的可执行文件(.dex) - 该格式经过优化，以将内存好用降到最低。

Android内核和Linux内核的差别主要体现在如下11个方面：

❸ Linux驱动程序开发实例的目录

前言
第1章 Linux设备驱动程序模型 1
1.1 设备驱动程序基础 1
1.1.1 驱动程序的概念 1
1.1.2 驱动程序的加载方式 2
1.1.3 编写可加载模块 3
1.1.4 带参数的可加载模块 5
1.1.5 设备驱动程序的分类 6
1.2 字符设备驱动程序原理 7
1.2.1 file_operations结构 7
1.2.2 使用register_chrdev注册字符
设备 9
1.2.3 使用cdev_add注册字符设备 11
1.2.4 字符设备的读写 13
1.2.5 ioctl接口 14
1.2.6 seek接口 16
1.2.7 poll接口 18
1.2.8 异步通知 22
1.3 proc文件系统 24
1.3.1 proc文件系统概述 24
1.3.2 seq_file机制 25
1.3.3 使用proc文件系统 27
1.4 块设备驱动程序 32
1.4.1 Linux块设备驱动程序原理 32
1.4.2 简单的块设备驱动程序实例 35
1.5 网络设备驱动程序 39
1.5.1 网络设备的特殊性 39
1.5.2 sk_buff结构 40
1.5.3 Linux网络设备驱动程序架构 42
1.5.4 虚拟网络设备驱动程序实例 46
1.6 Linux 2.6设备管理机制 50
1.6.1 kobject和kset 50
1.6.2 sysfs文件系统 51
1.6.3 设备模型层次 52
1.6.4 platform的概念 54
第2章 Linux内核同步机制 58
2.1 锁机制 58
2.1.1 自旋锁 58
2.1.2 读写锁 60
2.1.3 RCU 61
2.2 互斥 64
2.2.1 原子操作 64
2.2.2 信号量 65
2.2.3 读写信号量 67
2.3 等待队列 68
2.3.1 等待队列原理 68
2.3.2 阻塞式I/O实例 68
2.3.3 完成事件 70
2.4 关闭中断 71
第3章 内存管理与链表 72
3.1 物理地址和虚拟地址 72
3.2 内存分配与释放 72
3.3 IO端口到虚拟地址的映射 73
3.3.1 静态映射 73
3.3.2 动态映射 75
3.4 内核空间到用户空间的映射 76
3.4.1 内核空间到用户空间的地址
映射原理 76
3.4.2 mmap地址映射实例 78
3.5 内核链表 80
3.5.1 Linux内核中的链表 80
3.5.2 内核链表实例 81
第4章 延迟处理 83
4.1 内核线程 83
4.2 软中断机制 85
4.2.1 软中断原理 85
4.2.2 tasklet 87
4.3 工作队列 89
4.3.1 工作队列原理 89
4.3.2 工作队列实例 91
4.4 内核时间 92
4.4.1 Linux中的时间概念 92
4.4.2 Linux中的延迟 93
4.4.3 内核定时器 93
第5章 简单设备驱动程序 96
5.1 寄存器访问 96
5.1.1 S3C6410地址映射 96
5.1.2 S3C6410看门狗驱动程序实例 98
5.1.3 S3C6410蜂鸣器驱动程序实例 102
5.2 电平控制 107
5.2.1 S3C6410 LED驱动程序实例 107
5.2.2 扫描型S3C6410按键驱动
程序实例 109
5.3 时序产生 112
5.3.1 时序图原理 112
5.3.2 AT24C02芯片原理 112
5.3.3 AT24C02驱动程序开发实例 115
5.4 硬中断处理 123
5.4.1 硬中断处理原理 123
5.4.2 中断型S3C6410按键驱动
程序实例 127
5.5 Linux I/O端口控制 132
5.5.1 Linux I/O端口读写 132
5.5.2 在应用层访问Linux I/O
端口 133
5.5.3 /dev/port设备 134
第6章 深入Linux内核 135
6.1 嵌入式Linux系统构成 135
6.2 Linux内核导读 136
6.2.1 Linux内核组成 136
6.2.2 Linux的代码结构 137
6.2.3 内核Makefile 138
6.2.4 S3C6410硬件初始化 139
6.3 Linux文件系统 141
6.3.1 虚拟文件系统 141
6.3.2 根文件系统 143
6.3.3 文件系统加载 143
6.3.4 ext3文件系统 145
6.4 Flash文件系统 145
6.4.1 MTD设备 145
6.4.2 MTD字符设备 148
6.4.3 MTD块设备 150
6.4.4 cramfs文件系统 153
6.4.5 JFFS2文件系统 153
6.4.6 YAFFS文件系统 155
6.4.7 文件系统总结 156
6.5 Linux内核移植 156
6.5.1 体系配置 156
6.5.2 添加yaffs2 157
6.5.3 Nand flash驱动程序移植 157
6.5.4 配置启动参数 159
6.5.5 移植RTC驱动程序 160
6.6 根文件系统制作 162
6.6.1 Busybox 162
6.6.2 shell基础 165
6.6.3 根文件系统构建实例 166
6.7 udev模型 167
6.7.1 udev模型原理 167
6.7.2 mdev的使用 167
第7章 I2C总线驱动程序 169
7.1 Linux的I2C驱动程序架构 169
7.1.1 I2C适配器 169
7.1.2 I2C算法 170
7.1.3 I2C驱动程序结构 170
7.1.4 I2C从设备 171
7.1.5 i2c-dev设备层 171
7.2 Linux I2C驱动程序开发 174
7.2.1 S3C2410X的I2C控制器 174
7.2.2 S3C2410X的I2C驱动程序
分析 175
7.3 S3C2410的I2C访问实例 182
7.4 I2C客户端驱动程序 185
第8章 TTY与串口驱动程序 190
8.1 TTY概念 190
8.2 Linux TTY驱动程序体系 190
8.2.1 TTY驱动程序调用关系 190
8.2.2 TTY驱动程序原理 191
8.3 线路规程 194
8.4 串口驱动程序与TTY 196
8.4.1 串口设备驱动程序原理 196
8.4.2 S3C6410的串口驱动程序
实例 199
8.5 TTY应用层 202
第9章 网络设备驱动程序 205
9.1 DM9000网卡驱动程序
开发 205
9.1.1 DM9000原理 205
9.1.2 DM9000X驱动程序分析 207
9.1.3 DM9000网口驱动程序移植 215
9.2 NFS根文件系统搭建 219
9.2.1 主机配置 219
9.2.2 NFS根文件系统搭建实例 220
9.3 netlink Socket 224
9.3.1 netlink机制 224
9.3.2 netlink应用层编程 228
9.3.3 netlink驱动程序实例 229
第10章 framebuffer驱动程序 232
10.1 Linux framebuffer驱动
程序原理 232
10.1.1 framebuffer核心数据结构 232
10.1.2 framebuffer操作接口 234
10.1.3 framebuffer驱动程序的文件
接口 236
10.1.4 framebuffer驱动程序框架 236
10.2 S3C6410 显示控制器 238
10.3 S3C6410 LCD驱动程序实例 243
10.4 framebuffer应用层 250
10.5 Qt4界面系统移植 251
第11章 输入子系统驱动程序 253
11.1 Linux输入子系统概述 253
11.1.1 input_dev结构 253
11.1.2 输入事件 255
11.2 input_handler 256
11.2.1 Input Handler层 256
11.2.2 常用的Input Handler 259
11.3 输入设备应用层 261
11.4 键盘输入设备驱动程序
实例 262
11.5 event接口 267
11.6 触摸屏驱动程序实例 270
11.6.1 S3C6410触摸屏控制器 270
11.6.2 S3C6410触摸屏驱动程序
设计 273
11.7 触摸屏校准 282
11.7.1 触摸屏校准原理 282
11.7.2 利用TSLIB库校准触摸屏 282
第12章 USB驱动程序 284
12.1 USB体系概述 284
12.1.1 USB系统组成 284
12.1.2 USB主机 284
12.1.3 USB设备逻辑层次 285
12.2 Linux USB驱动程序体系 287
12.2.1 USB总体结构 287
12.2.2 USB设备驱动程序 287
12.2.3 主机控制器驱动程序 288
12.2.4 USB请求块urb 289
12.2.5 USB请求块的填充 291
12.3 S3C6410 USB主机控制器
驱动程序 292
12.3.1 USB主机控制器驱动程序
分析 292
12.3.2 S3C6410 USB驱动程序
加载 294
12.4 USB键盘设备驱动程序
分析 296
12.5 USB Gadget驱动程序 301
12.5.1 Linux USB Gadget驱动程序 301
12.5.2 Linux USB Gadget驱动程序
实例 302
第13章 音频设备驱动程序 303
13.1 ALSA音频体系 303
13.2 ALSA驱动层API 304
13.2.1 声卡和设备管理 304
13.2.2 PCM API 304
13.2.3 控制与混音API 305
13.2.4 AC97 API 306
13.2.5 SOC层驱动 307
13.3 ALSA驱动程序实例 308
13.3.1 S3C6410的AC97控制
单元 308
13.3.2 S3C6410声卡电路原理 309
13.3.3 S3C6410的数字音频接口 310
13.3.4 wm9713的数字音频接口 313
13.4 ALSA音频编程接口 316
13.4.1 ALSA PCM接口实例 316
13.4.2 ALSA MIDI接口实例 320
13.4.3 ALSA mixer接口实例 321
13.4.4 ALSA timer接口实例 322
第14章 video4linux2视频
驱动程序 327
14.1 video4linux2驱动程序
架构 327
14.1.1 video4linux2驱动程序的
注册 327
14.1.2 v4l2_fops接口 331
14.1.3 常用的结构 332
14.1.4 video4linux2的ioctl函数 333
14.2 S3C6410摄像头驱动程序
分析 333
14.2.1 电路原理 333
14.2.2 驱动程序分析 334
14.3 video4linux2应用层实例 339
第15章 SD卡驱动程序 346
15.1 Linux SD卡驱动程序体系 346
15.1.1 SD卡电路原理 346
15.1.2 MMC卡驱动程序架构 347
15.1.3 MMC卡驱动程序相关
结构 347
15.1.4 MMC卡块设备驱动程序 350
15.1.5 SD卡主机控制器接口驱动
程序 356
15.2 S3C6410 SD卡控制器驱动
程序分析 360
15.2.1 电路原理 360
15.2.2 S3C6410 SDHCI驱动
程序原理 360
15.2.3 SD卡的加载实例 364
参考文献 366

❹ LINUX设备驱动程序如何与硬件通信

LINUX设备驱动程序是怎么样和硬件通信的?下面将由我带大家来解答这个疑问吧，希望对大家有所收获!

LINUX设备驱动程序与硬件设备之间的通信

设备驱动程序是软件概念和硬件电路之间的一个抽象层，因此两方面都要讨论。到目前为止，我们已经讨论详细讨论了软件概念上的一些细节，现在讨论另一方面，介绍驱动程序在Linux上如何在保持可移植性的前提下访问I/O端口和I/O内存。

我们在需要示例的场合会使用简单的数字I/O端口来讲解I/O指令，并使用普通的帧缓冲区显存来讲解内存映射I/O。

I/O端口和I/O内存

计算机对每种外设都是通过读写它的寄存器进行控制的。大部分外设都有几个寄存器，不管是在内存地址空间还是在I/O地址空间，这些寄存器的访问地址都是连续的。

I/O端口就是I/O端口，设备会把寄存器映射到I/O端口，不管处理器是否具有独立的I/O端口地址空间。即使没有在访问外设时也要模拟成读写I/O端口。

I/O内存是设备把寄存器映射到某个内存地址区段(如PCI设备)。这种I/O内存通常是首先方案，它不需要特殊的处理器指令，而且CPU核心访问内存更有效率。

I/O寄存器和常规内存

尽管硬件寄存器和内存非常相似，但程序员在访问I/O寄存器的时候必须注意避免由于CPU或编译器不恰当的优化而改变预期的I/O动作。

I/O寄存器和RAM最主要的区别就是I/O操作具有边际效应，而内存操作则没有：由于内存没有边际效应，所以可以用多种 方法 进行优化，如使用高速缓存保存数值、重新排序读/写指令等。

编译器能够将数值缓存在CPU寄存器中而不写入内存，即使储存数据，读写操作也都能在高速缓存中进行而不用访问物理RAM。无论是在编译器一级或是硬件一级，指令的重新排序都有可能发生：一个指令序列如果以不同于程序文本中的次序运行常常能执行得更快。

在对常规内存进行这些优化的时候，优化过程是透明的，而且效果良好，但是对I/O操作来说这些优化很可能造成致命的错误，这是因为受到边际效应的干扰，而这却是驱动程序访问I/O寄存器的主要目的。处理器无法预料某些 其它 进程(在另一个处理器上运行，或在在某个I/O控制器中发生的操作)是否会依赖于内存访问的顺序。编译器或CPU可能会自作聪明地重新排序所要求的操作，结果会发生奇怪的错误，并且很难调度。因此，驱动程序必须确保不使用高速缓冲，并且在访问寄存器时不发生读或写指令的重新排序。

由硬件自身引起的问题很解决：只要把底层硬件配置成(可以是自动的或是由Linux初始化代码完成)在访问I/O区域(不管是内存还是端口)时禁止硬件缓存即可。

由编译器优化和硬件重新排序引起的问题的解决办法是：对硬件(或其他处理器)必须以特定顺序的操作之间设置内存屏障(memory barrier)。Linux提供了4个宏来解决所有可能的排序问题：

#include <linux/kernel.h>

void barrier(void)

这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件没有影响。编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值保存到内存中，需要这些数据的时候再重新读出来。对barrier的调用可避免在屏障前后的编译器优化，但硬件完成自己的重新排序。

#include <asm/system.h>

void rmb(void);

void read_barrier_depends(void);

void wmb(void);

void mb(void);

这些函数在已编译的指令流中插入硬件内存屏障;具体实现方法是平台相关的。rmb(读内存屏障)保证了屏障之前的读操作一定会在后来的读操作之前完成。wmb保证写操作不会乱序，mb指令保证了两者都不会。这些函数都是barrier的超集。

void smp_rmb(void);

void smp_read_barrier_depends(void);

void smp_wmb(void);

void smp_mb(void);

上述屏障宏版本也插入硬件屏障，但仅仅在内核针对SMP系统编译时有效;在单处理器系统上，它们均会被扩展为上面那些简单的屏障调用。

设备驱动程序中使用内存屏障的典型形式如下：

writel(dev->registers.addr, io_destination_address);

writel(dev->registers.size, io_size);

writel(dev->registers.operation, DEV_READ);

wmb();

writel(dev->registers.control, DEV_GO);

在这个例子中，最重要的是要确保控制某种特定操作的所有设备寄存器一定要在操作开始之前已被正确设置。其中的内存屏障会强制写操作以要求的顺序完成。

因为内存屏障会影响系统性能，所以应该只用于真正需要的地方。不同类型的内存屏障对性能的影响也不尽相同，所以最好尽可能使用最符合需要的特定类型。

值得注意的是，大多数处理同步的内核原语，如自旋锁和atomic_t操作，也能作为内存屏障使用。同时还需要注意，某些外设总线(比如PCI总线)存在自身的高速缓存问题，我们将在后面的章节中讨论相关问题。

在某些体系架构上，允许把赋值语句和内存屏障进行合并以提高效率。内核提供了几个执行这种合并的宏，在默认情况下，这些宏的定义如下：

#define set_mb(var, value) do {var = value; mb();} while 0

#define set_wmb(var, value) do {var = value; wmb();} while 0

#define set_rmb(var, value) do {var = value; rmb();} while 0

在适当的地方，<asm/system.h>中定义的这些宏可以利用体系架构特有的指令更快的完成任务。注意只有小部分体系架构定义了set_rmb宏。

使用I/O端口

I/O端口是驱动程序与许多设备之间的通信方式——至少在部分时间是这样。本节讲解了使用I/O端口的不同函数，另外也涉及到一些可移植性问题。

I/O端口分配

下面我们提供了一个注册的接口，它允允许驱动程序声明自己需要操作的端口：

#include <linux/ioport.h>

struct resource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name);

它告诉内核，我们要使用起始于first的n个端口。name是设备的名称。如果分配成功返回非NULL，如果失败返回NULL。

所有分配的端口可从/proc/ioports中找到。如果我们无法分配到我们要的端口集合，则可以查看这个文件哪个驱动程序已经分配了这些端口。

如果不再使用这些端口，则用下面函数返回这些端口给系统：

void release_region(unsigned long start, unsigned long n);

下面函数允许驱动程序检查给定的I/O端口是否可用：

int check_region(unsigned long first, unsigned long n);//不可用返回负的错误代码

我们不赞成用这个函数，因为它返回成功并不能确保分配能够成功，因为检查和其后的分配并不是原子操作。我们应该始终使用request_region，因为这个函数执行了必要的锁定，以确保分配过程以安全原子的方式完成。

操作I/O端口

当驱动程序请求了需要使用的I/O端口范围后，必须读取和/或写入这些端口。为此，大多数硬件都会把8位、16位、32位区分开来。它们不能像访问系统内存那样混淆使用。

因此，C语言程序必须调用不同的函数访问大小不同的端口。那些只支持映射的I/O寄存器的计算机体系架构通过把I/O端口地址重新映射到内存地址来伪装端口I/O，并且为了易于移植，内核对驱动程序隐藏了这些细节。Linux内核头文件中(在与体系架构相关的头文件<asm/io.h>中)定义了如下一些访问I/O端口的内联函数：

unsigned inb(unsigned port);

void outb(unsigned char byte, unsigned port);

字节读写端口。

unsigned inw(unsigned port);

void outw(unsigned short word, unsigned port);

访问16位端口

unsigned inl(unsigned port);

void outl(unsigned longword, unsigned port);

访问32位端口

在用户空间访问I/O端口

上面这些函数主要是提供给设备驱动程序使用的，但它们也可以用户空间使用，至少在PC类计算机上可以使用。GNU的C库在<sys/io.h>中定义了这些函数。如果要要用户空间使用inb及相关函数，则必须满足正下面这些条件：

编译程序时必须带有-O选项来强制内联函数的展开。

必须用ioperm(获取单个端口的权限)或iopl(获取整个I/O空间)系统调用来获取对端口进行I/O操作的权限。这两个函数都是x86平台特有的。

必须以root身份运行该程序才能调用ioperm或iopl。或者进程的祖先进程之一已经以root身份获取对端口的访问。

如果宿主平台没有以上两个系统调用，则用户空间程序仍然可以使用/dev/port设备文件访问I/O端口。不过要注意，该设备文件的含义与平台密切相关，并且除PC平台以处，它几乎没有什么用处。

串操作

以上的I/O操作都是一次传输一个数据，作为补充，有些处理器实现了一次传输一个数据序列的特殊指令，序列中的数据单位可以是字节、字、双字。这些指令称为串操作指令，它们执行这些任务时比一个C语言编写的循环语句快得多。下面列出的宏实现了串I/O：

void insb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);

void outsb(unsigned port, void *addr, unsigned long count);从内存addr开始连续读/写count数目的字节。只对单一端口port读取或写入数据

void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);

void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);对一个16位端口读写16位数据

void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);

void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);对一个32位端口读写32位数据

在使用串I/O操作函数时，需要铭记的是：它们直接将字节流从端口中读取或写入。因此，当端口和主机系统具有不同的字节序时，将导致不可预期的结果。使用inw读取端口将在必要时交换字节，以便确保读入的值匹配于主机的字节序。然而，串函数不会完成这种交换。

暂停式I/O

在处理器试图从总线上快速传输数据时，某些平台(特别是i386)就会出现问题。当处理器时钟比外设时钟(如ISA)快时就会出现问题，并且在设备板上特别慢时表现出来。为了防止出现丢失数据的情况，可以使用暂停式的I/O函数来取代通常的I/O函数，这些暂停式的I/O函数很像前面介绍的那些I/O函数，不同之处是它们的名字用_p结尾，如inb_p、outb_p等等。在linux支持的大多数平台上都定义了这些函数，不过它们常常扩展为非暂停式I/O同样的代码，因为如果不使用过时的外设总线就不需要额外的暂停。

平台相关性

I/O指令是与处理器密切相关的。因为它们的工作涉及到处理器移入移出数据的细节，所以隐藏平台间的差异非常困难。因此，大部分与I/O端口相关的源代码都与平台相关。

回顾前面函数列表可以看到有一处不兼容的地方，即数据类型。函数的参数根据各平台体系架构上的不同要相应地使用不同的数据类型。例如，port参数在x86平台上(处理器只支持64KB的I/O空间)上定义为unsigned short，但在其他平台上定义为unsigned long，在这些平台上，端口是与内存在同一地址空间内的一些特定区域。

感兴趣的读者可以从io.h文件获得更多信息，除了本章介绍的函数，一些与体系架构相关的函数有时也由该文件定义。

值得注意的是，x86家族之外的处理器都不为端口提供独立的地址空间。

I/O操作在各个平台上执行的细节在对应平台的编程手册中有详细的叙述;也可以从web上下载这些手册的PDF文件。

I/O端口示例

演示设备驱动程序的端口I/O的示例代码运行于通用的数字I/O端口上，这种端口在大多数计算机平台上都能找到。

数字I/O端口最常见的一种形式是一个字节宽度的I/O区域，它或者映射到内存，或者映射到端口。当把数字写入到输出区域时，输出引脚上的电平信号随着写入的各位而发生相应变化。从输入区域读取到的数据则是输入引脚各位当前的逻辑电平值。

这类I/O端口的具体实现和软件接口是因系统而异的。大多数情况下，I/O引脚由两个I/O区域控制的：一个区域中可以选择用于输入和输出的引脚，另一个区域中可以读写实际的逻辑电平。不过有时情况简单些，每个位不是输入就是输出(不过这种情况下就不能称为“通用I/O"了);在所有个人计算机上都能找到的并口就是这样的非通用的I/O端口。

并口简介

并口的最小配置由3个8位端口组成。第一个端口是一个双向的数据寄存器，它直接连接到物理连接器的2~9号引脚上。第二个端口是一个只读的状态寄存器;当并口连接打印机时，该寄存器 报告 打印机状态，如是否是线、缺纸、正忙等等。第三个端口是一个只用于输出的控制寄存器，它的作用之一是控制是否启用中断。

如下所示：并口的引脚

示例驱动程序

while(count--) {

outb(*(ptr++), port);

wmb();

}

使用I/O内存

除了x86上普遍使的I/O端口之外，和设备通信的另一种主要机制是通过使用映射到内存的寄存器或设备内存，这两种都称为I/O内存，因为寄存器和内存的差别对软件是透明的。

I/O内存仅仅是类似RAM的一个区域，在那里处理器可以通过总线访问设备。这种内存有很多用途，比如存放视频数据或以太网数据包，也可以用来实现类似I/O端口的设备寄存器(也就是说，对它们的读写也存在边际效应)。

根据计算机平台和所使用总线的不同，i/o内存可能是，也可能不是通过页表访问的。如果访问是经由页表进行的，内核必须首先安排物理地址使其对设备驱动程序可见(这通常意味着在进行任何I/O之前必须先调用ioremap)。如果访问无需页表，那么I/O内存区域就非常类似于I/O端口，可以使用适当形式的函数读取它们。

不管访问I/O内存是否需要调用ioremap，都不鼓励直接使用指向I/O内存的指针。相反使用包装函数访问I/O内存，这一方面在所有平台上都是安全的，另一方面，在可以直接对指针指向的内存区域执行操作的时候，这些函数是经过优化的。并且直接使用指针会影响程序的可移植性。

I/O内存分配和映射

在使用之前，必须首先分配I/O区域。分配内存区域的接口如下(在<linux/ioport.h>中定义)：

struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);

该函数从start开始分配len字节长的内存区域。如果成功返回非NULL，否则返回NULL值。所有的I/O内存分配情况可从/proc/iomem得到。

不再使用已分配的内存区域时，使用如下接口释放：

void release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);

下面函数用来检查给定的I/O内存区域是否可用的老函数：

int check_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);//这个函数和check_region一样不安全，应避免使用

分配内存之后我们还必须确保该I/O内存对内存而言是可访问的。获取I/O内存并不意味着可引用对应的指针;在许多系统上，I/O内存根本不能通过这种方式直接访问。因此，我们必须由ioremap函数建立映射，ioremap专用于为I/O内存区域分配虚拟地址。

我们根据以下定义来调用ioremap函数：

#include <asm/io.h>

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);

void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size);在大多数计算机平台上，该函数和ioremap相同：当所有I/O内存已属于非缓存地址时，就没有必要实现ioremap的独立的，非缓冲版本。

void iounmap(void *addr);

记住，由ioremap返回的地址不应该直接引用，而应该使用内核提供的accessor函数。

访问I/O内存

在某些平台上我们可以将ioremap的返回值直接当作指针使用。但是，这种使用不具有可移植性，访问I/O内存的正确方法是通过一组专用于些目的的函数(在<asm/io.h>中定义)。

从I/O内存中读取，可使用以下函数之一：

unsigned int ioread8(void *addr);

unsigned int ioread16(void *addr);

unsigned int ioread32(void *addr);

其中，addr是从ioremap获得的地址(可能包含一个整数偏移量);返回值是从给定I/O内存读取到的值。

写入I/O内存的函数如下：

void iowrite8(u8 value, void *addr);

void iowrite16(u16 value, void *addr);

void iowrite32(u32 value, void *addr);

如果必须在给定的I/O内存地址处读/写一系列值，则可使用上述函数的重复版本：

void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);

void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);

void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);

void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);

上述函数从给定的buf向给定的addr读取或写入count个值。count以被写入数据的大小为单位。

上面函数均在给定的addr处执行所有的I/O操作，如果我们要在一块I/O内存上执行操作，则可以使用下面的函数：

void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);

void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);

void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);

上述函数和C函数库的对应函数功能一致。

像I/O内存一样使用I/O端口

某些硬件具有一种有趣的特性：某些版本使用I/O端口，而其他版本则使用I/O内存。导出给处理器的寄存器在两种情况下都是一样的，但访问方法却不同。为了让处理这类硬件的驱动程序更加易于编写，也为了最小化I/O端口和I/O内存访问这间的表面区别，2.6内核引入了ioport_map函数：

void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);

该函数重新映射count个I/O端口，使其看起来像I/O内存。此后，驱动程序可在该函数返回的地址上使用ioread8及其相关函数，这样就不必理会I/O端口和I/O内存之间的区别了。

当不需要这种映射时使用下面函数一撤消：

void ioport_unmap(void *addr);

这些函数使得I/O端口看起来像内存。但需要注意的是，在重新映射之前，我们必须通过request_region来分配这些I/O端口。

为I/O内存重用short

前面介绍的short示例模块访问的是I/O端口，它也可以访问I/O内存。为此必须在加载时通知它使用I/O内存，另外还要修改base地址以使其指向I/O区域。

下例是在MIPS开发板上点亮调试用的LED：

mips.root# ./short_load use_mem=1 base = 0xb7ffffc0

mips.root# echo -n 7 > /dev/short0

下面代码是short写入内存区域时使用的循环：

while(count--) {

iowrite8(*ptr++, address);

wmb();

}

1MB地址空间之下的ISA内存

最广为人知的I/O内存区之一就是个人计算机上的ISA内存段。它的内存范围在64KB(0xA0000)到1MB(0x100000)之间，因此它正好出现在常规系统RAM的中间。这种地址看上去有点奇怪，因为这个设计决策是20世纪80年代早期作出的，在当时看来没有人会用到640KB以上的内存。

❺ 如何在嵌入式LINUX中增加自己的设备驱动程序

Linux驱动程序的使用可以按照两种方式编译，一种是静态编译进内核，另一种是编译成模块以供动态加载。由于uClinux不支持模块动态加载，而且嵌入式LINUX不能够象桌面LINUX那样灵活的使用insmod/rmmod加载卸载设备驱动程序，因而这里只介绍将设备驱动程序静态编译进uClinux内核的方法。
下面以UCLINUX为例，介绍在一个以模块方式出现的驱动程序test.c基础之上，将其编译进内核的一系列步骤：
（1）
改动test.c源带代码
第一步，将原来的：
#include
#include
char
kernel_version[]=UTS_RELEASE;
改动为：
#ifdef
MODULE
#include
#include
char
kernel_version[]=UTS_RELEASE;
#else
#define
MOD_INC_USE_COUNT
#define
MOD_DEC_USE_COUNT
#endif
第二步，新建函数int
init_test(void)
将设备注册写在此处：
result=register_chrdev(254,"test",&test_fops);
（2）将test.c复制到/uclinux/linux/drivers/char目录下，并且在/uclinux/linux/drivers/char目录下mem.c中，int
chr_dev_init(
)函数中增加如下代码：
#ifdef
CONFIG_TESTDRIVE
init_test();
#endif
（3）在/uclinux/linux/drivers/char目录下Makefile中增加如下代码：
ifeq($(CONFIG_TESTDRIVE),y)
L_OBJS+=test.o
Endif
（4）在/uclinux/linux/arch/m68knommu目录下config.in中字符设备段里增加如下代码：
bool
'support
for
testdrive'
CONFIG_TESTDRIVE
y
（5）
运行make
menuconfig（在menuconfig的字符设备选项里你可以看见我们刚刚添加的'support
for
testdrive'选项，并且已经被选中）；make
dep；make
linux；make
linux.text；make
linux.data；cat
linux.text
linux.data
>
linux.bin。
（6）
在
/uclinux/romdisk/romdisk/dev/目录下创建设备：
mknod
test
c
254
0
并且在/uclinux/appsrc/下运行make，生成新的Romdisk.s19文件。
到这里，在UCLINUX中增加设备驱动程序的工作可以说是完成了，只要将新的linux.bin与Romdisk

❻ 6. Linux-LCD 驱动程序概述

入局：应用程序是如何操控LCD显示器的？
      我们知道应用程序的调用接口，无非 open/read/write ...然后通过驱动程序最终作用到硬件设备上。以字符设备为例，对于驱动的开发者，实现了应用程序调用的驱动层中与之相匹配的 drv_open/drv_read/drv_write 函数，为应用层序提供了操作实际硬件设备的通道。那么，对于LCD驱动程序又是如何？先来了解下两个非常重要的概念。

      LCD控制器的功能是控制驱动信号，进而驱动LCD。用户只需要通过读写一系列的寄存器，完成配置和显示驱动。在驱动LCD设计的过程中首要的是配置LCD控制器，而在配置LCD控制器中最重要的一步则是帧缓冲区（Frame Buffer）的指定。用户所要显示的内容皆是从缓冲区中读出，从而显示到屏幕上的。帧缓冲区的大小由屏幕的分辨率和显示色彩数决定。驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点。
      帧缓冲区是出现在Linux 2.2.xx及以后版本内核当中的一种驱动程序接口，这种接口将显示设备抽象为帧缓冲区设备区。帧缓冲区为图像硬件设备提供了一种抽象化处理，它代表了一些视频硬件设备,允许应用软件通过定义明确的界面来访问图像硬件设备。这样软件无须了解任何涉及硬件底层驱动的东西（如硬件寄存器）。它允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写和I/O控制等操作。通过专门的设备节点可对该设备进行访问，如/dev/fb*。用户可以将它看成是显示内存的一个映像，将其映射到进程地址空间之后，就可以进行读写操作，而读写操作可以反映到LCD。

      帧缓冲（Frame Buffer）是Linux为显示设备提供的一个接口，把显存抽象后的一种设备，允许上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作。用户不必关心物理显存的位置、换页机制等等具体细节，这些都是由Frame Buffer设备驱动来完成的。帧缓冲设备属于字符设备。
      Linux系统Frame Buffer本质上只是提供了对图形设备的硬件抽象，在开发者看来，Frame Buffer是一块显示缓存，向显示缓存中写入特定格式的数据就意味着向屏幕输出内容。

由于有了frambuffer的抽象，使得应用程序通过定义好的接口就可以访问硬件。所以应用程序不需要考虑底层的（寄存器级）的操作。应用程序对设备文件的访问一般在/dev目录,如 /dev/fb*。

内核中的frambuffer在： drivers/video/fbmem.c (fb: frame buffer)

(1) 创建字符设备"fb", FB_MAJOR=29,主设备号为29。
(2）创建类，但并没有创建设备节点，因为需要注册了LCD驱动后，才会有设备节点；

2.1 fb_open函数如下:

(1) registered_fb[fbidx] 这个数组也是fb_info结构体,其中fbidx等于次设备号id,显然这个数组就是保存我们各个lcd驱动的信息;

2.2 fb_read函数如下:

从.open和.read函数中可以发现,都依赖于fb_info帧缓冲信息结构体,它从registered_fb[fbidx]数组中得到,这个数组保存我们各个lcd驱动的信息。由此可见，fbmem.c提供的都是些抽象出来的东西，最终都得依赖registered_fb这个数组。

这个register_framebuffer()除了注册fb_info,还创建了设备节点。

以s3c2410fb.c为例，分析驱动的实现。

既然是总线设备驱动模型，那我们关心的是它的probe函数。

看到这里驱动的写法也大致清晰：

附：
LCD的显示过程与时序：
      1.显示从屏幕左上角第一行的第一个点开始，一个点一个点地在LCD上显示，点与点之间的时间间隔为VCLK（像素时钟信号）；当显示到屏幕的最右边就结束这一行(Line)，这一行的显示对应时序图上的HSYNC（水平同步信号）
      2. 接下来显示指针又回到屏幕的左边从第二行开始显示，显示指针针在从第一行的右边回到第二行的左边是需要一定的时间的，我们称之为行切换。
      3. 以此类推，显示指针就这样一行一行的显示至矩形的右下角才把一幅图像(帧：frame)显示完成，这一帧的显示时间在时序图上表示为VSYNC（垂直同步信号）。

参考：
https://sites.google.com/a/hongdy.org/www/linux/kernel/lcddriver

❼ linux驱动程序结构框架及工作原理分别是什么

一、Linux device driver 的概念x0dx0ax0dx0a系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分，它完成以下的功能:x0dx0ax0dx0a1、对设备初始化和释放；x0dx0ax0dx0a2、把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据；x0dx0ax0dx0a3、读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据；x0dx0ax0dx0a4、检测和处理设备出现的错误。x0dx0ax0dx0a在Linux操作系统下有三类主要的设备文件类型，一是字符设备，二是块设备，三是网络设备。字符设备和块设备的主要区别是:在对字符设备发出读/写请求时，实际的硬件I/O一般就紧接着发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求，就返回请求的数据，如果不能，就调用请求函数来进行实际的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的，以免耗费过多的CPU时间来等待。x0dx0ax0dx0a已经提到，用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道。每个设备文件都都有其文件属性(c/b)，表示是字符设备还是块设备?另外每个文件都有两个设备号，第一个是主设备号，标识驱动程序，第二个是从设备号，标识使用同一个设备驱动程序的不同的硬件设备，比如有两个软盘，就可以用从设备号来区分他们。设备文件的的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号一致，否则用户进程将无法访问到驱动程序。x0dx0ax0dx0a最后必须提到的是，在用户进程调用驱动程序时，系统进入核心态，这时不再是抢先式调度。也就是说，系统必须在你的驱动程序的子函数返回后才能进行其他的工作。如果你的驱动程序陷入死循环，不幸的是你只有重新启动机器了，然后就是漫长的fsck。x0dx0ax0dx0a二、实例剖析x0dx0ax0dx0a我们来写一个最简单的字符设备驱动程序。虽然它什么也不做，但是通过它可以了解Linux的设备驱动程序的工作原理。把下面的C代码输入机器，你就会获得一个真正的设备驱动程序。x0dx0ax0dx0a由于用户进程是通过设备文件同硬件打交道，对设备文件的操作方式不外乎就是一些系统调用，如 open，read，write，close?， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系统调用和驱动程序关联起来呢?这需要了解一个非常关键的数据结构：x0dx0ax0dx0aSTruct file_operatiONs {x0dx0ax0dx0aint (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);x0dx0ax0dx0aint (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);x0dx0ax0dx0aint (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);x0dx0ax0dx0aint (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);x0dx0ax0dx0aint (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);x0dx0ax0dx0aint (*open) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*release) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fsync) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);x0dx0ax0dx0aint (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*revalidate) (dev_t dev);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用在对设备文件进行诸如read/write操作时，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，然后读取这个数据结构相应的函数指针，接着把控制权交给该函数。这是linux的设备驱动程序工作的基本原理。既然是这样，则编写设备驱动程序的主要工作就是编写子函数，并填充file_operations的各个域。x0dx0ax0dx0a下面就开始写子程序。x0dx0ax0dx0a#include 基本的类型定义x0dx0ax0dx0a#include 文件系统使用相关的头文件x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0aunsigned int test_major = 0;x0dx0ax0dx0astatic int read_test(struct inode *inode，struct file *file，char *buf，int count)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint left; 用户空间和内核空间x0dx0ax0dx0aif (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )x0dx0ax0dx0areturn -EFAULT;x0dx0ax0dx0afor(left = count ; left > 0 ; left--)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0a__put_user(1，buf，1);x0dx0ax0dx0abuf++;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0areturn count;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a这个函数是为read调用准备的。当调用read时，read_test()被调用，它把用户的缓冲区全部写1。buf 是read调用的一个参数。它是用户进程空间的一个地址。但是在read_test被调用时，系统进入核心态。所以不能使用buf这个地址，必须用__put_user()，这是kernel提供的一个函数，用于向用户传送数据。另外还有很多类似功能的函数。请参考，在向用户空间拷贝数据之前，必须验证buf是否可用。这就用到函数verify_area。为了验证BUF是否可以用。x0dx0ax0dx0astatic int write_test(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0areturn count;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0astatic int open_test(struct inode *inode，struct file *file )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aMOD_INC_USE_COUNT; 模块计数加以，表示当前内核有个设备加载内核当中去x0dx0ax0dx0areturn 0;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0astatic void release_test(struct inode *inode，struct file *file )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aMOD_DEC_USE_COUNT;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a这几个函数都是空操作。实际调用发生时什么也不做，他们仅仅为下面的结构提供函数指针。x0dx0ax0dx0astruct file_operations test_fops = {?x0dx0ax0dx0aread_test，x0dx0ax0dx0awrite_test，x0dx0ax0dx0aopen_test，x0dx0ax0dx0arelease_test，x0dx0ax0dx0a};x0dx0ax0dx0a设备驱动程序的主体可以说是写好了。现在要把驱动程序嵌入内核。驱动程序可以按照两种方式编译。一种是编译进kernel，另一种是编译成模块(moles)，如果编译进内核的话，会增加内核的大小，还要改动内核的源文件，而且不能动态的卸载，不利于调试，所以推荐使用模块方式。x0dx0ax0dx0aint init_mole(void)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint result;x0dx0ax0dx0aresult = register_chrdev(0， "test"， &test_fops); 对设备操作的整个接口x0dx0ax0dx0aif (result < 0) {x0dx0ax0dx0aprintk(KERN_INFO "test: can't get major number\n");x0dx0ax0dx0areturn result;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0aif (test_major == 0) test_major = result; /* dynamic */x0dx0ax0dx0areturn 0;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a在用insmod命令将编译好的模块调入内存时，init_mole 函数被调用。在这里，init_mole只做了一件事，就是向系统的字符设备表登记了一个字符设备。register_chrdev需要三个参数，参数一是希望获得的设备号，如果是零的话，系统将选择一个没有被占用的设备号返回。参数二是设备文件名，参数三用来登记驱动程序实际执行操作的函数的指针。x0dx0ax0dx0a如果登记成功，返回设备的主设备号，不成功，返回一个负值。x0dx0ax0dx0avoid cleanup_mole(void)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aunregister_chrdev(test_major，"test");x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a在用rmmod卸载模块时，cleanup_mole函数被调用，它释放字符设备test在系统字符设备表中占有的表项。x0dx0ax0dx0a一个极其简单的字符设备可以说写好了，文件名就叫test.c吧。x0dx0ax0dx0a下面编译 :x0dx0ax0dx0a$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c _c表示输出制定名，自动生成.o文件x0dx0ax0dx0a得到文件test.o就是一个设备驱动程序。x0dx0ax0dx0a如果设备驱动程序有多个文件，把每个文件按上面的命令行编译，然后x0dx0ax0dx0ald ?-r ?file1.o ?file2.o ?-o ?molename。x0dx0ax0dx0a驱动程序已经编译好了，现在把它安装到系统中去。x0dx0ax0dx0a$ insmod ?_f ?test.ox0dx0ax0dx0a如果安装成功，在/proc/devices文件中就可以看到设备test，并可以看到它的主设备号。要卸载的话，运行 :x0dx0ax0dx0a$ rmmod testx0dx0ax0dx0a下一步要创建设备文件。x0dx0ax0dx0amknod /dev/test c major minorx0dx0ax0dx0ac 是指字符设备，major是主设备号，就是在/proc/devices里看到的。x0dx0ax0dx0a用shell命令x0dx0ax0dx0a$ cat /proc/devicesx0dx0ax0dx0a就可以获得主设备号，可以把上面的命令行加入你的shell script中去。x0dx0ax0dx0aminor是从设备号，设置成0就可以了。x0dx0ax0dx0a我们现在可以通过设备文件来访问我们的驱动程序。写一个小小的测试程序。x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0amain()x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint testdev;x0dx0ax0dx0aint i;x0dx0ax0dx0achar buf[10];x0dx0ax0dx0atestdev = open("/dev/test"，O_RDWR);x0dx0ax0dx0aif ( testdev == -1 )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aprintf("Cann't open file \n");x0dx0ax0dx0aexit(0);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0aread(testdev，buf，10);x0dx0ax0dx0afor (i = 0; i < 10;i++)x0dx0ax0dx0aprintf("%d\n"，buf[i]);x0dx0ax0dx0aclose(testdev);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a编译运行，看看是不是打印出全1 x0dx0ax0dx0a以上只是一个简单的演示。真正实用的驱动程序要复杂的多，要处理如中断，DMA，I/O port等问题。这些才是真正的难点。上述给出了一个简单的字符设备驱动编写的框架和原理，更为复杂的编写需要去认真研究LINUX内核的运行机制和具体的设备运行的机制等等。希望大家好好掌握LINUX设备驱动程序编写的方法。