树莓派一些驱动知识
1.树莓派等芯片带操作系统的启动过程
C51,STM32(裸机)》》》》》》C直接操控底层寄存器实现相关业务。 业务流程型的裸机代码
X86,Intel windows
启动过程： 电源 -》 BIOS -》windows内核-》C，D盘-》 程序启动（QQ）
嵌入式产品： 树莓派，mini2440, mini6410,nanopi,海思，RK（瑞芯微）------人脸识别打卡器，智能家居主控。
启动过程： 电源-》BootLoader（引导操作系统启动）-》Linux内核-》文件系统（根据功能性来组织文件夹，带访问权限）-》KTV点歌机，
安卓
启动过程： 电源-》 fastBoot/Bootloader/-》linux内核-》文件系统-》虚拟机-》HOME应用程序-》点某图标打开某APP
BootLoader： 一阶段 让CPU 跟内存，FLASH, 串口，IIC,IIS, 数据段，打交道，驱动这些设备（汇编和C结合）
二阶段： 引导Linux内核启动 （纯C）
2.树莓派Linux源码目录树分析
大约1.3w个C文件 1100w行代码
Linux是开源，免费，LInux开源社区工作者共同维护，爱好
Linux是一个开源的，支持多架构多平台代码 =非常牛逼
可以执行非常高
但是Linux内核编译出来一般就几M. 4M
因为支持多平台，多架构，所以编译之前要配置，配置成适合的目标平台来用
3树莓派Linux源码配置
驱动代码的编写：驱动代码的编译需要一个提前编译好的内核
编译内核就必须配置
配置的最终目标会生成 .config文件，该文件指导Makefile去把有用东西组织成内核
第一种方式：厂家配linux内核源码，比如说买了树莓派，树莓派linux内核源码
第二种方式：make menuconfig 一项项配置，通常是基于厂家的config来配置
第三种方式：完全自己来
如何配置树莓派的Linux内核
驱动两种加载方式：
* 编译进内核 zImage包含了驱动
M 模块方式生成驱动文件xxx.ko 系统启动后，通过命令inmosd xxx.ko 加载
内核配置：
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make bcm2709_defconfig
指定ARM架构 指定编译器 树莓派 主要核心指令
4.树莓派Linux内核编译
4.1.编译：
ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make -j4 zImage modules dtbs
4.2
编译成功后，看到源码树目录多了vmlinux,失败则无此文件
成功后，目标zImage镜像arch/arm/boot底下
4.3
打包zImage成树莓派可用的xxx.img
./scripts/mkknlimg arch/arm/boot/zImage ./kernel_new.img
4.4数据拷贝
mkdir data1 data2
挂载U盘
sudo mount /dev/sdb1 data1 一个fat分区，是boot相关的内容，kernel的img
sudo mount /dev/sdb2 data2 一个是ext4分区，也就是系统的根目录分区。
安装modules, 设备驱动文件： hdmi usb wifi io …
sudo ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- KERNEL=kernel7 make INSTALL_MOD_PATH=/home/chenlc/data2 modules_install
安装更新 kernel.img 文件，注意镜像名字是kernel7.img
先备份
cd /home/chenlc/data1
cp kernel7.img kernel7OLD.img
再把编译新生成的拷贝到data1，起名kernel7.img
cp kernel_new.img /home/chenlc/data1/kernel7.img
拷贝配置文件
cp arch/arm/boot/dts/.dtb /home/chenlc/data1
5.文件系统
5.1什么是文件系统
常规认知： 根目录
文件系统是操作系统用于明确存储设备组织文件的方法。
以上说的方法：就是文件管理系统（程序），简称文件系统
5.2 文件系统（文件管理系统的方法）的种类有哪些
AT VFAT NTFS EXT1/2/3/4 HFS …
树莓派查看文件系统的命令： df -T
vfat ： boot（bootloader, kernel）
ext4 ： 根目录
tmpfs : 内存文件系统
5.3什么是分区？
windows: 随意（面向普通用户PC），目录即分区
C（装系统的位置）也可以随意在C盘存放文件. D盘（用户随意发挥）
Linux: 按照功能来分区，每个分区严格存放文件(开发者)
嵌入式系统可以分为4个区，分别是
bootloader、 启动代码
para、 启动代码向内核传递参数的位置
kernel、 内核分区
根分区等 文件系统结构
5.4.什么是文件系统目录结构
常规认知： 根目录，不是分区，和windows不同
5.5.什么是虚拟文件系统结构Virtual File System
vfs就是对各种文件系统的一个抽象，它为各种文件系统提供了一个通用的接口，
5.6.虚拟文件系统有什么作用
简化应用程序员的开发
不管是什么文件类型，不管文件是磁盘还是设备，都只用open read write统一操作
6.Linux内核驱动框架
6.1.驱动代码编写
6.2 内核驱动编译
6.2.1.把驱动代码拷贝到driver/char
6.2.2.修改makefile，告诉编译器，要编译该驱动文件
6.2.3.编译,用具体的指令
6.3.驱动测试步骤
内核驱动装载： sudo insmod xxx.ko
内核驱动卸载： sudo rmmod xxx 不需要写ko
查看内核模块： lsmod
验证步骤：
1.装载驱动
2.驱动装载后生成设备，比如 /dev/pin4
通过sudo chmod 666 /dev/pin4添加访问权限
7.总线地址，虚拟地址，物理地址
7.1总线地址
cpu能访问内存的范围
现象：装了32位的win7系统，明明内存条8G,可是系统只识别了3.8G，装了64位，才能识别8g
32位能表示/访问 4294967296bit
bit:4294967296
kbit:4194304
mbit:4096
gbit:4
7.2物理地址
硬件实际地址或绝对地址
7.3虚拟地址
逻辑地址(基于算法的地址（软件层面的地址，假）)地址称为虚拟地址
补充一个c语言关键字知识volatile：
1.指令不会因编译器的优化而省略
2.且要求每次直接读值
8.驱动认知及基于驱动框架的代码编写
8.1驱动认知
下图为驱动结构框图
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Wv48ddJO-1688699290433)(C:/Users/xie19/Pictures/Camera Roll/5f7082ce5bde4bfb9b67db7e213979ab.png)]
驱动结构分为三层：用户、内核、硬件
用户层：包含应用和c库
像我们学习中编译完成，可执行的a.out这类项目属于应用，基础c和c库属于C library，像文件、进程、进程间通信、线程这类都属于c库，也就是说 open、read、fork、socket、pthread等在c库中，换而言之c库就是提供了APP支配内核工作的接口。
内核空间，上述所说的进程等都由内核处理，上层只需要直接调用fork等API即可，同样的设备驱动也由内核来实现。
硬件，硬件包括各种io口和磁盘等。但是众所周知，在Linux中万物皆文件，即使是这些硬件也是以文件形式展示的。在/dev中可以查看。既然都是文件，那么是不是可以用open打开呢？
linux下一切皆文件
如何让内核知道调用哪个驱动呢？
内核需要知道文件名和设备号。其中设备号分为主设备号和次设备号，驱动插入链表的顺序由设备号检索。
内核中有一个驱动链表来管理驱动，可以添加和查找驱动。
添加：编写完驱动程序，加载到内核。
查找：调用驱动程序，让用户空间打开。
综上，驱动开发无非两件事，添加驱动和调用驱动
添加驱动步骤
添加驱动：1.设备名2.设备号3.设备驱动函数（操作寄存器来驱动IO口）
从流程上看，用户空间调用驱动open("/dev/pin4", O_RDWR);
在调用open时会触发软中断，中断号0x80，进入内核态
内核空间通过系统调用接口sys_call ， sys_call通过"/dev/pin4"这个名字找到设备号，然后通过VFS调用sys _open找到驱动链表中对应的驱动。
8.2基于驱动框架的代码编写
上层应用
//用户空间
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
fd = open("/dev/pin4", O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("open failed\n");
perror("reason:");
}else {
printf("open success\n");
}
write(fd, '1', 1);
return 0;
}
底层驱动
//驱动框架
#include <linux/fs.h> //file_operations声明
#include <linux/module.h> //module_init module_exit声明
#include <linux/init.h> //__init __exit 宏定义声明
#include <linux/device.h> //class devise声明
#include <linux/uaccess.h> //copy_from_user 的头文件
#include <linux/types.h> //设备号 dev_t 类型声明
#include <asm/io.h> //ioremap iounmap的头文件
static struct class *pin4_class;
static struct device *pin4_class_dev;
static dev_t devno; //设备号
static int major =231; //主设备号
static int minor =0; //次设备号
static char *module_name="pin4"; //模块名
static ssize_t pin4_read(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppso)
{
printk("pin4_read\n");
return 0;
}
//led_open函数
static int pin4_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
printk("pin4_open\n"); //内核的打印函数和printf类似
return 0;
}
//led_write函数
static ssize_t pin4_write(struct file *file,const char __user *buf,size_t count, loff_t *ppos)
{
printk("pin4_write\n");
return 0;
}
static struct file_operations pin4_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = pin4_open,
.write = pin4_write,
.read = pin4_read,
};
int __init pin4_drv_init(void) //真正的入口
{
int ret;
devno = MKDEV(major,minor); //创建设备号
ret = register_chrdev(major, module_name,&pin4_fops); //注册驱动 告诉内核，把这个驱动加入到内核驱动的链表中
pin4_class=class_create(THIS_MODULE,"myfirstdemo");//让代码自动生成设备
pin4_class_dev =device_create(pin4_class,NULL,devno,NULL,module_name); //创建设备文件
//手动生成设备 一般不用
//sudo mknod 设备名 设备类型（c字符设备）主设备号 次设备号
return 0;
}
void __exit pin4_drv_exit(void)
{
device_destroy(pin4_class,devno);
class_destroy(pin4_class);
unregister_chrdev(major, module_name); //卸载驱动
}
module_init(pin4_drv_init); //入口，内核加载驱动时，这个宏被调用
module_exit(pin4_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL v2");