嵌入式驱动程序设计

1.部分Linux命令

　　Linux使用mknod命令创建设备节点

　　Linux使用mkdir命令创建目录文件

　　Linux使用mkfifo命令创建管道文件

☞ linux mknod命令解析_童安格粉丝的博客-CSDN博客_mknod

☞ mkfifo函数使用_superywf的博客-CSDN博客_mkfifo函数

2. Linux设备驱动

　　Linux设备驱动主要分为：字符设备、块设备、网络设备

　☞ 字符设备_百度百科 (baidu.com)

　☞ 块设备_百度百科 (baidu.com)

　☞ 网络设备（网络设备）_百度百科 (baidu.com)

.　 Linux驱动模块的后缀名为: .ko

　☞ Linux中后缀名为ko、o、a、so、la的文件介绍_LINUX_操作系统

3. Linux系统调用

Linux下常用系统调用名，系统调用实际也是VFS层提供的功能：

　 read:读取；open:打开设备；close:关闭设备； lseek:偏移设备

　 注意：fopen\fread为标准IO，不是系统调用

　　☞ Linux常用系统调用 - LaplaceDemon - 博客园 (cnblogs.com)

4. platform设备驱动

　　内核platform总线设备是一种虚拟的设备驱动

　　Linux发明了一种虚拟的总线，称为platform总线，相应的设备称为platform_device，而驱动称为platform_driver

　　platform_driver和platform_device在总线中匹配成功后，执行probe接口

☞ Linux驱动之Platform device/driver - 知乎 (zhihu.com)

5. Linux实现物理地址和虚拟地址的映射的方式

　　 Linux通过ioremap函数实现物理地址和虚拟地址的映射

　　☞ Linux虚拟地址和物理地址的映射 - 流浪的Coder - 博客园 (cnblogs.com)

　　☞ ioremap_百度百科 (baidu.com)

6.设备树

　　设备树是一种描述硬件结构的数据结构，采用设备树后，许多硬件的细节可以直接通过它传递给linux，而不再需要在内核中进行大量的冗余编码。

　　设备树由一系列被命名的节点和属性（成对出现的名称和值）组成，可描述的信息包括：

　　　a.cpu 数量和类别　　　　　　　b.内存基地址和大小

　　　c.总线和桥　　　　　　　　　　d.外设连接

　　　e.中断控制器和中断使用情况　　f.GPIO控制器和GPIO使用情况

　　　g.时钟控制器和时钟使用情况

　　基本上就是画一颗电路板上cpu、总线、设备组成的树，Bootloader会将这棵树传递给内核，内核识别出这棵树，并根据它展开出Linux内核中的platform_device、i²C_client等设备，而这些设备用到的内存、IRQ等资源也被传递给了内核，内核会将这些资源给展开的相应的设备。

　　设备树被内核识别后，会在/sys目录下为用户提供可视化操作接口

　　/sys：sys是system的缩写，该目录也是一个虚拟目录，主要用于收集和存放系统核心设备信息，主要指各类系统核心设备及其驱动信息，例如块设备block、总线bus、内核kernel、电源power等等；

　　设备树定义节点时，定义资源的属性名是reg

　　reg：给出访问该device node的地址信息

　　☞ 设备树之节点和属性_麻辣小新的博客-CSDN博客_设备树label

7.miscdevice

　　miscdevice类型定义的是misc设备驱动

　　linux的miscdevice的主设备号是10

　　☞ misc设备驱动_eurphan_y的博客-CSDN博客_misc驱动

　　☞ linux驱动开发 --miscdevice_Sunnie_ge的博客-CSDN博客_miscdevice

8.printk内核打印函数

　　☞ 内核打印函数printk_ptonlix的博客-CSDN博客_内核打印函数

　　☞ printk 内核打印 – 人人都懂物联网 (getiot.tech)

　　在printk打印内核信息时，以信息级打印应设置KERN_INFO前缀

#define pr_info(fmt,arg...)  \
printk(KERN_INFO fmt,##arg)

9.内核空间拷贝到用户空间

　　实现内核空间拷贝到用户空间的接口名：copy_to_user

　　☞ linux驱动开发--copy_to_user 、copy_from_user函数实现内核空间数据与用户空间数据的相互访问 (aliyun.com)

10.cdev结构体

　　内核提供了cdev结构体描述字符设备，cdev_add是向内核添加，cdev_del是从内核中移除

　　☞ Linux 字符设备驱动结构（一）—— cdev 结构体、设备号相关知识解析

11.内核模块

　　11-1：内核模块源码编译方式

　　　　内核模块源码可以配置为编译进内核和以模块编译的方式

　　　　objs-y的目标被编译进内核镜像中，objs-m 以模块方式编，其余的跟内核没关系。

　　11-2：内核模块入口

　　　　内核模块的入口需要通过module_init进行注册到内核里

　　11-3：内核模块加载

　　　　内核模块通过insmod命令实现用户空间向内核空间加载

　　　　☞ Linux 系统设置 : insmod 命令详解_HarkerYX的博客-CSDN博客_insmod

12.linux主设备号

　　Linux字符设备和块设备独占主设备号

　　Linux设备号中主设备号为12位

13.kmalloc和malloc

　　使用kmalloc函数在内核空间申请内存，使用malloc函数从用户空间申请内存

　　☞ kmalloc_百度百科 (baidu.com)

14.sysfs文件系统

　　sysfs是一个虚拟的文件系统，它可以产生一个包括所有系统硬件的层级视图，它的一个目的就是战士设备驱动模型中各组件的层次关系。

　　内核通过sysfs文件系统导出内核设备模型

　　☞ sysfs 文件系统 - 简书 (jianshu.com)

15.linux内核的虚拟内存

　　☞ linux虚拟内存与物理内存，内核态与用户态_selfsongs的博客-CSDN博客

　　在linux系统中，进程的4GB内存空间被分成2个部分，用户空间与内核空间。用户空间的地址一般分布为0~3GB，这样，剩下的3~4G为内核空间。

　　linux内核的虚拟内存是3G-4G空间

16.wait_event接口

　　使用wait_event接口将当前访问进程设置为等待状态

　　☞ linux内核中的wait_event_interruptible_timeout接口解析_weixin_30263277的博客-CSDN博客

17.驱动的Makefile框架

BASE_KERNEL ?= 内核的源码目录
obj-m += 驱动源文件名.o
all:
    make -C $(BASE_KERNEL) M=$(PWD) modules
clean:
    make -C $(BASE_KERNEL) M=$(PWD) clean

eg.驱动源文件为abc.c和hello.c

# 若是虚拟机自身内核，可以定义变量为: /lib/modules/$(shell uname -r)/build
# 定义内核源码根目录
BASE_KERNEL ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
# 定义目标名
TARGET := hello

obj-m := abc.o
obj-m += hello.o

all:
    make -C $(BASE_KERNEL) M=$(PWD) modules

clean:
    make -C $(BASE_KERNEL) M=$(PWD) clean

18.linux驱动模块组成

　　1)模块加载函数，通过insmod命令加载内核，模块的加载函数会自动被内核执行，完成本模块的相关初始化工作。
　　2)模块卸载函数，通过rmmod命令卸载某模块，被调用执行。
　　3)模块许可证声明，使用MODULE_LICENSE配置GPL的声明。
　　4)可选模块参数、模块导出符号表、模块作者等信息声明。

　　☞ linux驱动模块组成及其它_天天向上_好好学习的博客-CSDN博客_linux驱动模块的组成

　　GPL：GNU 通用公共许可协议

module_init(hello_init);//模块加载
module_exit(hello_exit);//模块卸载
MODULE_LICENSE("GPL");//模块许可证声明
MODULE_AUTHOR("wit@zhaixue.cc");//模块作者等信息声明

　　insmod 命令用法：

sudo insmod hello.ko #加载模块到内核中

　　rmmod 命令用法：

sudo rmmod hello.ko #卸载模块

19.编写global_memory的open函数

　　globalmem意味着“全局内存”，在globalmem字符设备驱动中会分配一片大小为GLOBALMEM_SIZE（4KB）的内存空间，并在驱动中提供针对该片内存的读写、控制和定位函数，以供用户空间的进程能通过Linux系统调用获取或设置这片内存的内容。

　　对于globalmem驱动而言，私有数据的设置是在global_open()中完成的。

　　open在驱动中，主要做面向对象的解包。想办法从基类找子类，把子类绑到所有的文件描述符里面，便于read()、write()、ioctl()、llseek()函数进行访问。思路是先通过inode节点，想办法找到它的子类，映射给虚拟的文件。

static int mem_open(struct inode *node, struct file *fp) {
    struct mem_dev *dev; //定义一把子类的钥匙
    dev = container_of(node->i_cdev, struct mem_dev, cdev);//container_of 通过基类找子类
    fp->private_data = dev; //与虚拟的文件系统进行绑定 （private_data:地址空间的私有成员）
    return 0; //代表成功
}

container_of(ptr,type,member)//其中ptr、type、member分别代表指针、结构体类型、成员

　　☞ container of()函数简介_叨陪鲤的博客-CSDN博客_container_of函数

eg.

struct mem_dev{
     struct cdev abc;
     unsigned char mem[GLOBALMEM_SIZE];
     //...      
}

static int mem_open(struct inode *node, struct file *fp) {
    struct mem_dev *dev;
    dev = container_of(node->i_cdev, struct mem_dev, abc);
    fp->private_data = dev;
    return 0;
}

20.最简单的驱动程序“Hello World”编写

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

static __init int hello_init(void) {
    printk("Hello World!\n");
    return 0;
}
static __exit void hello_exit(void) {
    printk("Goodbye!\n");
}

module_init(hello_init)
module_exit(hello_exit)
MODULE_LICENSE("GPL");

运行结果：

　模块加载之后的结果：

　模块卸载之后的结果：

　食用方法☞：Linux内核驱动学习---编写最简单Linux内核模块HelloWorld_九阈的博客-CSDN博客_添加最简单的linux内核模块

21.从设备树获取资源

　　从设备树获取资源一般由 platform_get_resource 函数来实现

　　☞ platform_get_resource_铁头小哥的博客-CSDN博客_platform_get_resource

static int drv_probe(struct platform_device *pdev) {
    const char *value;
    struct resource *res;

    device_property_read_string(&pdev->dev, "xxx_value", &value);
    printk("the value is %s\n", value);

    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    printk("the start: %x, the end: %x\n",res->start, res->end);
    return 0;
}

platform的OF匹配表，使驱动与.dfs中描述的设备节点进行匹配，从而使驱动的probe()函数执行：

static struct of_device_id matchs[] = {
    {.compatible = "swpu,embed,led", },
    {}
};

static struct platform_driver drv_05025_driver = {
    .probe = drv_probe,
    .remove = drv_remove,
    .driver = {
        .name    = "drv",
        .of_match_table = matchs,
        },
 };

module_platform_driver(drv_05025_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");

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