设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”
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无操作系统时的设备驱动
在没有操作系统的情况下,设备驱动的接口被直接提交给应用软件工程师,应用软件没有
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有操作系统时的设备驱动
有操作系统把单一的“驱使硬件设备行动”变成了操作系统内与硬件交互的模块,它对外
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设备的分类及特点
计算机系统的硬件主要由 CPU、存储器和外设组成。CPU 内部就集成了存储器和外设适配器。譬如,相当多的ARM、PowerPC、MIPS 等处理器都集成了 UART、I 2 C 控制器、SPI 控制器、USB 控制器、SDRAM 控制器等,有的处理器还集成了 GPU(图形处理器)、视频编解码器等。
驱动针对的对象是存储器和外设(包括 CPU 内部集成的存储器和外设),而不是针对CPU 内核。
块设备:块设备可以按
任意顺序进行访问,以块为单位进行操作,如硬盘、eMMC 等
Linux 将存储器和外设分为 3 个基础大类:
字符设备:字符设备指那些必须以
串行顺序依次进行访问的设备,如触摸屏、磁带驱动器、鼠标等
网络设备:网络设备面向数据包的接收和发送而设计,使用套接字接口。
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Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系
除网络设备外,字符设备与块设备都被映射到 Linux 文件系统的文件和目录,通过文件系统的系统调用接口 open()、write()、read()、close() 等即可访问字符设备和块设备。/dev/所有字符设备和块设备都统一呈现给用户。
Linux 的块设备有两种访问方法:
1. 类似 dd 命令对应的原始块设备,如“ /dev/sdb1”等;
2. 在块设备上建立FAT、EXT4、BTRFS 等文件系统,然后以文件路径如“ /home/barry/hello.txt ”的形式进行访问。
在Linux中,针对 NOR、NAND 等提供了独立的 内存技术设备(Memory TechnologyDevice, MTD)子系统,其上运行 YAFFS2、JFFS2、UBIFS 等具备擦除和负载均衡能力的文
件系统。针对磁盘或者Flash设备的 FAT、EXT4、YAFFS2、JFFS2、UBIFS 等文件系统定义了文件和目录在存储介质上的组织。而Linux的虚拟文件系统则统一对它们进行了抽象
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Linux 设备驱动的重点、难点
1. 编写 Linux 设备驱动要求工程师有非常好的硬件基础,懂得 SRAM、Flash、SDRAM、磁盘的读写方式,UART、I 2 C、USB 等设备的接口以及轮询、中断、DMA 的原理,PCI 总线的工作方式以及 CPU 的内存管理单元(MMU)等。
(外设和各个子系统，通信协议
)
Linux 设备驱动的学习是一项浩繁的工程,包含如下重点、难点:
2. 编写 Linux 设备驱动要求工程师有非常好的 C 语言基础,能灵活地运用 C 语言的结构体、指针、函数指针及内存动态申请和释放等。
(c语言，数据结构
)
3. 编写 Linux 设备驱动要求工程师有一定的 Linux 内核基础,虽然并不要求工程师对内核各个部分有深入的研究,但至少要明白驱动与内核的接口。尤其是对于块设备、网络设备、Flash 设备、串口设备等复杂设备,内核定义的驱动体系结构本身就非常复杂。
(精通linux内核
)
4. 编写 Linux 设备驱动要求工程师有非常好的多任务并发控制和同步的基础,因为在驱动中会大量使用自旋锁、互斥、信号量、等待队列等并发与同步机制。
(linux应用程序开发
)
动手实践永远是学习任何软件开发的最好方法,阅读经典书籍和参与 Linux 社区的讨论也是非常好的学习方法。Linux 内核源代码中包含了一个 Documentation 目录,其中包含了一批内核设计文档,全部是文本文件。各类 Linux 设备驱动都从属于一个 Linux 设备驱动的架构,Linux 驱动的分析方法是点面结合,将对函数和数据结构的理解放在整体架构的背景之中。
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设备驱动 Hello World:LED 驱动
6.1.无操作系统时的 LED 驱动
GPIO 一般由两组寄存器控制,即一组控制寄存器和一组数据寄存器。
控制寄存器可设置GPIO 口的工作方式为输入或者输出:
当引脚被设置为输出时,向数据寄存器的对应位写入 1和 0 会分别在引脚上产生高电平和低电平;
当引脚设置为输入时,读取数据寄存器的对应位可获得引脚上的电平为高或低
6.2 Linux下的LED驱动
在Linux下,可以使用字符设备驱动的框架来编写,内核中实际实现了一个提供 sysfs 节点的 GPIO LED驱动,位于drivers/leds/leds-gpio.c 中
字符设备注册、分配 和 注销的函数 register_chrdev_region()、alloc_chrdev_region()、unregister_chrdev_region()等