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  • linux设备驱动开发-概念!

    来源:http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/44721.htm

    先了解大概,然后一一攻克。

    Linux软件工程师大致可分为两个层次:

    (1)Linux应用软件工程师(Application Software Engineer):

    主要利用C库函数和Linux API进行应用软件的编写;

          从事这方面的开发工作,主要需要学习:符合linux posix标准的API函数及系统调用,linux的多任务编程技巧:多进程、多线程、进程间通信、多任务之间的同步互斥等,嵌入式数据库的学习,UI编程:QT、miniGUI等。

    (2)Linux固件工程师(Firmware Engineer):

    主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计工作。

    驱动程序的意义:

    硬件与软件之间存在一个驳论:为了快速、优质的完成软件功能设计,应用程序工程师不想也不愿关心硬件,而硬件工程师也很难有功夫去处理软件开发中的一些应用。例如软件工程师在调用printf的时候,不许也不用关心信息到底是通过什么样的处理,走过哪些通路显示在该显示的地方,硬件工程师在写完了一个4*4键盘驱动后,无需也不必管应用程序在获得键值后做哪些处理及操作。也就是说软件工程师需要看到一个没有硬件的纯软件世界,硬件必须透明的提供给他,谁来实现这一任务?答案是驱动程序。

    Linux设备驱动的基本概念

    学习linux设备驱动首先我们必须明确以下几个概念,为我们接下来学习linux驱动打下坚实的基础:

    • 应用程序、库、内核、驱动程序的关系
    • 设备类型
    • 设备文件、主设备号与从设备号
    • 驱动程序与应用程序的区别
    • 用户态与内核态
    • Linux驱动程序功能

    一、应用程序、库、内核、驱动程序的关系

    1. 应用程序

               应用程序调用一系列函数库,通过对文件的操作完成一系列功能, 应用程序以文件形式访问各种硬件设备(linux特有的抽象方式,把所有的硬件访问抽象为对文件的读写、设置)

      2.函数库:

       部分函数无需内核的支持,由库函数内部通过代码实现,直接完成功能

             部分函数涉及到硬件操作或内核的支持,由内核完成对应功能,我们称其为系统调用

           3.内核

         内核处理系统调用,根据设备文件类型、主设备号、从设备号(后面会讲解),调用设备驱动程序;

          4.驱动程序

          设备驱动直接与硬件通信;

     

    二、设备类型

    硬件设备分为三大类:字符设备、块设备、网络设备。

    1)字符设备:字符(char)设备是个能够像字节流(类似文件)一样被访问的设备。

        对字符设备发出读/写请求时,实际的硬件I/O操作一般紧接着发生;字符设备驱动程序通常至少要实现open、close、read和write系统调用。

        比如我们常见的lcd、触摸屏、键盘、led、串口等等。

    2)块设备:一个块设备驱动程序主要通过传输固定大小的数据(一般为512或1k)来访问设备。

       块设备通过buffer cache(内存缓冲区)访问,可以随机存取,即:任何块都可以读写,不必考虑它在设备的什么地方。

        块设备可以通过它们的设备特殊文件访问,但是更常见的是通过文件系统进行访问。

        只有一个块设备可以支持一个安装的文件系统。

        比如我们常见的电脑硬盘、SD卡、U盘、光盘等,就像女人一样是用来存储信息的。

    3)网络接口:任何网络事务都经过一个网络接口形成,即一个能够和其他主机交换数据的设备。

        访问网络接口的方法仍然是给它们分配一个唯一的名字(比如eth0),但这个名字在文件系统中不存在对应的节点。

        内核和网络设备驱动程序间的通信,完全不同于内核和字符以及块驱动程序之间的通信,内核调用一套和数据包传输相关的函数(socket函数)而不是read、write等。

        比如我们常见的网卡设备、蓝牙设备。

        linux中所有的驱动程序最终都能归到这三种设备中,当然他们之间也没有非常严格的界限,这些都是程序中对他们的划分而已,比如一个sd卡,我们也可以把它封装成字符设备去操作也是没有问题的。

    三、设备文件、主设备号、从设备号

    设备文件:Linux里一切皆文件。应用程序使用设备文件节点访问对应设备,Linux下的各种硬件设备以文件的形式存放于/dev目录下,可以使用ls /dev 查看,Linux把对硬件的操作全部抽象成对文件的操作(open,read,write,close,…),每个设备文件都有其文件属性(c或者b),使用ls /dev -l 的命令查看,表明其是字符设备或者块设备,网络设备没有在这个文件夹下。

    主设备号、从设备号

    在设备管理中,除了设备类型外,内核还需要一对被称为主从设备号的参数,才能唯一标识一个设备,类似人的身份证号。

    主设备号:

       用于标识驱动程序,相同的主设备号使用相同的驱动程序,例如:S3C2440 有串口、LCD、触摸屏三种设备,他们的主设备号各不相同;

    从设备号:

        用于标识同一驱动程序的不同硬件

    四、驱动程序与应用程序的区别

    应用程序以main开始;驱动程序没有main,它以一个模块初始化函数作为入口

    应用程序从头到尾执行一个任务;驱动程序完成初始化之后不再运行,等待系统调用

    应用程序可以使用glibc等标准C函数库;驱动程序不能使用标准C库

    五、用户态与内核态的区分

    驱动程序是内核的一部分,工作在内核态;应用程序工作在用户态

    数据空间访问问题

    无法通过指针直接将二者的数据地址进行传递

    系统提供一系列函数帮助完成数据空间转换
    get_user
    put_user
    copy_from_user
    copy_to_user

    六、Linux驱动程序功能

    对设备初始化和释放资源

    把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据

    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

    检测和处理设备出现的错误(底层协议)

    用于区分具体设备的实例

    懒惰不会让你一下子跌到 但会在不知不觉中减少你的收获; 勤奋也不会让你一夜成功 但会在不知不觉中积累你的成果 越努力,越幸运。
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