Linux驱动开发

Linux驱动的学习一般是建立在前面的基础上的。当然,学驱动也不需要你应用写得很牛逼,但是基本的应用还是要会写的,这样才能方便你调试驱动。接下来大致讲一下,学习的顺序。

(1) 裸板程序

裸板程序其实跟单片机程序没啥区别,都是直接操作寄存器。那为什么要还要学这块内容呢,其实是为了后面打个基础,因为Linux驱动就是Linux驱动框架加上操作寄存器。而且这个阶段对我们查看电路图和datasheet也会有很大帮助。

(2) Uboot移植

Uboot其实是属于系统层的,但是目前行业中大家都是分为底层和应用层,所以这些系统层的一般也归为底层,所以驱动工程师一般也需要做这块。Uboot的主要目标是去引导内核,当然Uboot上也会有属于自己的驱动程序(这里的驱动和内核驱动是不一样的,是独立的)。学习的过程,除了照着别人的教程一步一步移植外,还可以自己找一个其他版本的Uboot,然后自己慢慢移植,会很有趣。

(3) Linux内核移植

内核移植和Uboot移植差不多,都是基于具体芯片架构做移植。现在的内核越来越完善,并且芯片原厂也一直在向内核提交自己的代码,所以慢慢的,非原厂工程师对这块的移植越来越少。但是还是希望学习的过程中能自己找一个版本来进行移植,边查资料边移植,会学到很多东西。建议有时间和精力的,可以深入学习Linux内核,会对写驱动与很大帮助。

(4) 根文件系统制作

根文件系统比较简单,嵌入式根文件系统一般都是使用busybox,一般就是配置,编译,制作,打包。它也是属于系统的。

(5) 字符设备驱动

字符设备是最基本的,像RTC,音频,LCD都是字符设备。可不是仅仅按键,LED,虽然我们学习时都喜欢从它们开始,那是因为它们简单,不会涉及很多设备本身的知识。这样我们在学时会更注重在驱动框架本身的学习。在学习字符设备驱动的过程中,除了基本的open、read、write、ioctl、close外,还要学习并发(原子量,自旋锁,互斥体等),阻塞和非阻塞I/O, 异步通知和异步I/O等等,最后还有一个很重要的就是中断。这些东西随便拧一个出来,都能学很久。像并发,阻塞,异步I/O这些在其他的设备驱动中也一样会用到,所以在这个阶段一定要好好学的。

(6) 驱动架构

可能很多人学完字符设备驱动后,会马上继续学块设备和网络设备驱动。但我觉得这个时候去学这些是比较容易受打击的。并且我认为应该先把一种摸透,然后再去理解更复杂的,这样会提升信心,对学习更有帮助。
这里说的驱动架构是"总线设备驱动"模型。一般掌握platform,spi,i2c等总线。platform是一种虚拟总线,一般控制器都是用这种总线,还有像LED,按键这种不是挂接在具体总线上的,也是用platform。这个模型的目的是为了将硬件部分分离,让驱动可以复用。
这过程中我们可以将上面的字符设备驱动改为使用"总线设备驱动"模型。到此,我们基本可以应付很多传感器驱动了。

(7) 块设备驱动和网络设备驱动

块设备一般就是存储设备,比如磁盘,MMC,FLASH等。Linux定义了大量结构体和函数接口来让我们填充调用。网络设备也是一样,Linux封装了net_device结构体,然后让我们填充注册。大量的驱动都是这样,Linux系统屏蔽了很多细节,让我们专注于设备的控制和读写。比如RTC,LCD等,我们只需要去使用rtc_device结构体就可以去注册一个RTC设备。现在的网络设备一般拆分成MAC+PHY的结构,就是主芯片有MAC控制器,然后外挂PHY芯片。像最早的DM9000是将MAC和PHY集中在一起。

(8) 各驱动子系统

Linux内部有很多驱动子系统,比如前面说的RTC,Linux提供了RTC核心层,再比如LCD,提供了FrameBuffer等等。还有鼠标,键盘等输入(Input)子系统。每一种驱动都能啃很久,以后可能还会接触Wifi,蓝牙,USB等等。这些东西不单单需要驱动相关知识,还需要很多协议和接口相关的知识,它们的复杂之处就在于此。这些复杂的驱动等需要的时候,或者有时间的时候再慢慢深入研究。

(9) 设备树

为什么将设备树放最后,因为你不用设备树也可以,但是自从设备树出现之后,基本上大家都在使用。所以它已经成为驱动工程师的必备技能了。Linux推出这个东西,肯定是经过深思熟虑的,我们要顺应潮流。
Linux的更新是非常快的,很多东西在迭代,所以我们也要经常关注。驱动架构也在更新,你会经常发现很多结构体在不同版本下是不同的。
推荐书籍:
《LINUX设备驱动程序》
《嵌入式Linux应用开发完全手册》
《Linux设备驱动开发详解–基于最新的Linux4.0内核》
建议:
买块板子学习,之前可能大家推荐三星的2440,但是这款慢慢的在停产,所以现在更推荐三星210或4412,还有NXP的IMX6。这些芯片性能好,以后还可以用来学Android。

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