linux内核驱动的知识要点

IT的本质
信息技术
研究0和1的行业

计算机：数字计算

数字描述万事万物

数字的进制：10 24 12 7 60 16 2

0和1可以描述万事万物

内存的作用：
1. 存指令
2. 存数据

CPU的组成：ALU（运算器） 控制器 寄存器
ALU中包含很多个运算电路：每个电路对应一条指令

CPU分为：
RISC（精简指令集）：易 慢 功耗低
CISC（复杂指令集）：难 快 高

CPU——奴隶 内存——抽屉
执行一条指令的过程：
1. 取值（从内存中读取指令：打开抽屉取出写着指令的纸条）
2. 译码（从二进制指令中解析出操作码以决定后面使用哪条运算电路：读懂纸条上的指令以便知道后面要做什么）
3. [取数据]（从内存中读取数据：打开抽屉取出后面所做事情所需的原材料）
4. 执行（执行运算电路：完成所要做的事情）
5. [存数据]（运算电路产生的结果存储到内存：所做动作产生的结果存放到抽屉）

老冯的精髓贡献：
1. 二进制思想
计算机世界里的一切信息 = 二进制位 + 上下文

数据类型：
1. sizeof
2. 变量定义语句的作用
3. 相关的运算
4. 作为函数形参类型
5. 作为函数返回值类型
数据类型就是对内存中二进制位的上下文描述
文件格式就是对外存中二进制位的上下文描述
网络协议就是对网络中传输的二进制位的上下文描述

2. 程序存储思想
程序在执行之前先将指令存放到内存
函数指针
进程的内存布局：
a. 栈区：非static的局部变量 函数形参
b. 堆区：动态分配
c. 数据区：static的局部变量 全局变量 字符串常量
d. 代码区：二进制指令

多核：
并行编程：多任务编程
伪并行：分时
真并行：

ARM：
1. 公司名
2. 技术专利名称
3. 一系列CPU的统称

寻址空间：26位
两种指令集：ARM指令集 Thumb指令集
Cortex A（应用） R（实时性） M（单片机）

Cache高速缓存
MPU：内存保护单元
MMU：内存管理单元
虚拟内存

虚拟地址&物理地址

汇编：
1. 寄存器
2. 寻址方式

r0~r12

r13（SP）：堆栈寄存器
r14（LR）：链接寄存器
r15（PC程序计数器）：指向空间存放的是要被取指的指令
C-PSR：当前程序状态寄存器
S-PSR:备份CPSR内容

执行流：
1. 任务流（进程、线程）
2. 异常流

编译过程： 预处理 编译 汇编 链接

ST：写内存
LD：读内存
SWP：交换

数据结构：研究如何组织、管理、存储多个同类型数据以及相关操作的学科

1. 逻辑关系
集合
线性关系：一对一 线性表 栈 队列
树形关系：一对多
图形关系：多对多
2. 存储方式
顺序存储
链式存储

执行流
顺序执行
跳转执行：
选择
分支
循环
函数调用
break
continue
return
goto

test.S:
AREA ttt,CODE,READONLY
ENTRY
MOV r0,#1
MOV r1,#2
ADD r2,r0,r1
END

64位linux编译运行32位app的支持:
sudo apt-get install build-essential module-assistant
sudo apt-get install gcc-multilib g++-multilib
sudo apt-get install lib32ncurses5 lib32z1
验证：
gcc hello.c -o hello -Wall -m32

RS232
启动模式选择开关：
1. SD卡
2. NandFlash启动（靠铜柱）

开发板的名字：Tiny210
CPU：S5PV210（SOC）三星
ARM核：Cortex-A8
RAM：512M
NandFlash：512M

格式化：给分区指定文件系统
文件系统：FAT32 NTFS ext4 yaffs2
文件内容
文件名
元信息

bootloader：一类裸机程序
1. 启动操作系统
2. 安装操作系统

Superboot

安装系统需要安装：
1. bootloader
2. OS
3. 根文件系统rootfs

1. cd
2. mkdir arm210
3. cd arm210
4. mkdir bin src
5. cp ???/src/tiny210...tgz ./src
6. cd src
7. tar zxvf tiny210...tgz
8. mv tiny210... u-boot

9. 安装交叉编译器
a. sudo cp ???/tools/arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20120301.tgz /opt
b. cd /opt
c. sudo tar zxvf arm-linux...tgz
d. cd opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin/
e. pwd后拷贝路径
f. cd
g. 修改～/.bashrc
最后添加两行:
export ARM_GCC_BIN=粘贴拷贝的路径
export PATH=$PATH:$ARM_GCC_BIN
保存退出
h. 关闭控制台，重启控制台
i. 命令行敲arm加两次Tab键，出现一堆arm开头的信息说明安装OK

u-boot:
1. 如何编译uboot
cd ~/arm210/src/u-boot
make distclean
make tiny210_config
make all
cp ./tools/mkimage ../../bin/
cp tiny210-uboot.bin ../../bin/
2. 如何安装uboot
A. 用SD卡第一分区中的Superboot安装
1） 拷贝 ～/arm210/bin/tiny210-uboot.bin 到 sd卡/images目录中
2） 修改FriendlyARM.ini文件，注释掉安装zImage、内核参数、rootfs的三行
3） 模式开关置于SD卡启动一侧
4） 开发板加电，自动完成uboot的安装
5） 安装成功后关闭电源，模式开关置于Nandflash启动一侧
6） 重新加电,在SecureCRT中看到uboot命令行说明OK
B. 用Nandflash第一分区安装好的uboot安装
一、下载tiny210-uboot.bin到内存
a. 方法1：串口下载
1） 将编译好的tiny210-uboot.bin拷贝到windows
2）【uboot命令行】loady 21000000
3） SecureCRT菜单Transfer中选Send Ymodem
4） 点击Send Ymodem出现的界面中选中tiny210-uboot.bin
5） 点击ADD按钮然后点击OK按钮开始传送
b. 方法2：SD卡下载
1）将要下载的文件copy到sd卡根目录
2）将sd插入开发板
3）【uboot命令行】mmc part
命令查看是第几个sd卡（一般为0），和该SD卡的FAT分区是第几个分区（一般为1）
4）【uboot命令行】fatload mmc 0：1 21000000 sd卡中要下载的文件名
二、擦除NandFlash第一分区
【uboot命令行】nand erase 0 0x600000
三、将内存中的tiny210-uboot.bin写到NandFlash第一分区
【uboot命令行】nand write 0x21000000 0 0x600000
3. 如何使用uboot
两种工作模式：
boot：默认模式
loader：加电时SecureCRT界面敲空格进入uboot命令行
4. uboot源码的两个阶段：
汇编阶段
C阶段

Linux内核：
1. 如何编译Linux内核
sudo apt-get install libncurses5-dev
cp ???/src/linux-3.0.8-20130327.tgz ~/arm210/src
cd ~/arm210/src
tar zxvf linux-3.0.8-20130327.tgz
cd linux-3.0.8

make distclean
cp mini210_linux_defconfig .config
make menuconfig
界面中去掉：
Device Drivers --->
<*> Memory Technology Device (MTD) support --->
<*>NAND Device Support --->
[ ]S3C NAND Hardware ECC
界面中选中：
File systems --->
[*] Miscellaneous filesystems --->
[*] Lets Yaffs do its own ECC
修改源码：
drivers/mtd/nand/s3c_nand.c：1194行，_SOFT为_NONE

make 开始编译
cp arch/arm/boot/zImage ../../bin
cd ../../bin
./mkimage -n 'Hiro' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x21000000 -e 0x21000040 -d ./zImage ./uImage

2. 如何安装Linux内核
串口或SD卡下载uImage到内存（步骤同uboot下载）
擦除第二分区：
【uboot命令行】nand erase 0x600000 0x500000
将内存中的uImage写到Nandflash第二分区
【uboot命令行】nand write 0x21000000 0x600000 0x500000

如果无法启动Linux内核，请设置uboot的启动命令：
【uboot命令行】setenv bootcmd "nand read 21000000 600000 500000;bootm 21000000"
【uboot命令行】saveenv
3. uImage的组合过程
4. Linux内核源码结构解析
任务管理 内存管理 设备管理
网络管理 文件管理 启动管理

根文件系统：
1. 如何制作根文件系统的img文件（镜像文件）
cd ～/arm210/bin
cp ???/tools/rootfs_qtopia_qt4-20130222.tar.gz ./
cp ???/tools/mkyaffs2image-128M ./
chmod +x ./mkyaffs2image-128M
sudo tar zxvf rootfs_qtopia_qt4-20130222.tar.gz
sudo mv rootfs_qtopia_qt4 rootfs
cd rootfs/opt
sudo rm * -rf
cd ../usr/local
sudo rm *.gz Trolltech/ -rf
cd ～/arm210/bin
sudo ./mkyaffs2image-128M ./rootfs rootfs.img

2. 如何安装根文件系统
SD卡下载rootfs.img到内存（步骤同uboot或uImage下载）
擦除第四分区：
【uboot命令行】nand erase 0xe00000 0xf200000
将内存中的rootfs.img写到Nandflash第四分区
【uboot命令行】nand write.yaffs 0x21000000 0xe00000 0x5BEB100 (rootfs.img文件大小的十六进制)

需求分析
设计
编码：20%
测试

维护

编程思想体现解决问题的第一思维：
面向过程：步骤化
结构化：模块化
面向对象：对象化

SE：
TE：
SPM：
SQA：
SCM：软件配置管理

ARM-Linux App：
1. 编译app：
arm-linux-gcc ???.c -o 可执行文件名 -Wall
2. 下载并执行app：
a. 串口下载
将编译好的可执行文件拷贝到windows文件系统
【开发板Linux命令行】cd /opt
【开发板Linux命令行】rx 可执行文件名
SecureCRT界面中点菜单Transfer，再选Send Xmodem
点Send Xmodem后的界面中选中要下载的文件，点击Add按钮，再点击OK按钮开始传送直到结束
【开发板Linux命令行】chmod +x 可执行文件名
【开发板Linux命令行】./可执行文件名
b. SD卡下载
将编译好的可执行文件拷贝到windows文件系统
自己电脑上插入SD卡
将已拷贝到windows文件系统的可执行文件拷贝到SD卡
将SD卡插入开发板
【开发板Linux命令行】cd /sdcard (该目录即为SD卡中的内容)

UNIX家族的三大分支：
1. System 5：AIX HPUX
2. BSD：FreeBSD NetBSD OpenBSD
3. 类UNIX：Linux、Minix

if(likely(x > y))
{
....
}

执行流：
1. 任务流（任务上下文）
a. 进程上下文
b. 应用线程上下文
c. 内核线程上下文
2. 异常流（异常上下文）

Linux命令：
1. 外部命令
2. 内部命令

switch()
{
case 1:
/*fall though*/
case 2:
}

函数定义的作用：
1. 代码复用
2. 简化逻辑
3. 拼装

语句：
1. 执行语句
独立语句
复合语句

2. 非执行语句

#define SWAP x=y;y=2;

if(a>b)
SWAP

int i
char c
long l
short s
float f
double d
T * p
struct st
union un
enum e
array a

double *T

typedef int INTARR5[5];

INTARR5 arr1;

typedef signed char INT8;
typedef short INT16;
typedef int INT32;
typedef long INT64;

x += 2;

#pragma pack(n)

int *(*a[5])(int,char *);

void (*b[10])(void (*)());

double(*)() (*e)[9];

int a;
int *pa;
int (*pa)[5];

向linux源码driver/char/目录里添加自己的代码并编译到zImage中：
1. 编写好代码
2. 在同级目录下Kconfig文件中找到雷同内容进行修改：
1）修改config 后的名字（将用在下面的Makefile文件中）
2) 修改config下一行“”中的内容（将被显示在make menuconfig界面）
3）help下一行内容，选择性修改
3. 在同级目录下Makefile文件中找到雷同内容行进行修改：
obj-$(CONFIG_XXX) += YYY.o
(XXX为Kconfig文件对应内容第一行config后面的名字)
（YYY为新增.c文件的文件名，注意不含.c扩展名）
4. 执行make menuconfig进入：
Device Drivers----->
Character devices------>
找到有（new）的哪一行，敲空格键将该项的值选为<*>或[*]
退出make menuconfig界面时记得选择Yes进行保存修改
5. 重新编译zImage：make
6. cp arch/arm/boot/zImage ../../bin
7. 将zImage制作成uImage：（下面的命令是在同一行）
./mkimage -n 'Hiro' -A arm -O linux -T kernel -C none -a 0x21000000 -e 0x21000040 -d ./zImage ./uImage
8. 将uImage下载安装Nandflash的第二分区

内核模块基础源码解析
内核模块代码编译
cd ~/arm210/src/linux3.0.8/
cp drivers/char/myhello.c ~/arm210/src/mydriver/hello/
cd ~/arm210/src/mydriver/hello/
编写或修改Makefile
make (有???.ko文件生成说明编译OK，否则要么Makefile有问题，要么C语言源码有问题)

插入、查询和移除内核模块
1. 开发板进入Linux命令行
2. 下载???.ko文件到开发板Linux的/opt目录下（下载方法同app可执行文件）
3. 插入、查询和移除内核模块的命令：
插入内核模块：insmod ???.ko
查询已被插入到内核的模块名:lsmod
移除已被插入到内核的模块：rmmod 模块名（lsmod显示的模块名，不是???.ko文件名）

内核模块参数
模块间的依赖

GPL
LGPL

开源软件 免费

make：制作
Makefile makefile

1. 编译命令过长
2. 编译时间过长

主体：规则
规则的组成：
目标:依赖列表
[Tab]怎么样用依赖产生目标的命令

.c源码编译可以生成：
1. app可执行文件
2. 库文件
静态库：windows下.lib UNIX家族OS下：.a
动态库：windows下.dll UNIX家族OS下：.so (共享库)
3. 裸机可执行文件
4. Linux内核模块文件：.ko

设备驱动程序：
外设：（辅助设备）按设备功能来分
1. 输入设备
2. 输出设备
3. 存储设备（外存）
4. 控制设备

外设：数据交互方式来分
1. 字符设备：按字节顺序存取
2. 块设备：按扇区（512字节）随机存取
3. 网络设备

linux下文件种类：
1. -：普通文件
2. d: 目录
3. l: link文件
4. p: 命名管道
5. s: 本地socket
6. c：字符设备 /dev
7. b：块设备 /dev

struct MyDev
{
struct cdev t;
....
}

内核里用链表将所有字符设备管理起来

每个设备在内核里都有唯一的身份标识：
1. 主设备号：哪一类设备
2. 次设备号：哪一个设备

globalmem：用内核空间中一块内存模拟一个简单的字符设备

指针类型的形参：
1. 值参数 （只读指向空间）
2. 结果参数（只向指向空间写结果）
3. 值-结果参数 （既从指向空间读数据又向指向空间写结果）

内存操作错误：
1. 野值（不确定值）
2. 野指针（不确定地址值）
3. 内存泄漏
4. 重复释放
5. 越界
6. 修改了只读数据区

C语言编程的最基本原则：
1. 类型一致化
2. 所有内存空间必须是已知可控的

描述符
标识符

int型的函数返回值：
1. 0表示调用正常，非0（负数更常用）表示发生了某种错误
2. 表示是或不是什么东东（bool）
3. 表示某个实际意义的整型数

C库函数：fopen ----->open
fclose ----->close
fprintf fputs fputc fwrite --->write
fscanf fgets fgetc fread --->read
fseek ftell ----->lseek
系统调用: open close read write lseek

arm210/src/mydriver/globalmem/globalmem.c
验证globalmem驱动程序：
1. 编译成ko文件
2. ko下载到开发板linux系统下的/opt目录里
3. 插入内核模块
4. 获取主设备号
cat /proc/devices | grep globalmem
5. 创建设备文件
mknod /dev/globalmem c 主设备 0
6. 编写App来验证驱动程序中各个函数

int main()
{
int fd = -1;
char buf[16] = "";
fd = open("/dev/globalmem",O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("OPen failed ");
return 1;
}
write(fd,"hello",5);
lseek(fd,0,SEEK_SET);
read(fd,buf,5);
printf("buf=%s ",buf);

ioctl(fd,1,0);
memset(buf,0,16);
read(fd,buf,5);
printf("buf=%s ",buf);

close(fd);
return 0;
}

globalmem的缺陷：
1. 读写操作不支持阻塞
2. 不支持多任务共同使用

链表分类：
1. 指针域成员的个数
2. 有没有首尾相接
3. 有头结点的链表和无头结点的链表

头指针：

select:多路复用

int ret = -1;
fd_set rfds;
struct timeval tout = {0};
while(1)
{
求最大的文件描述符maxfd
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd1,&rfds);
FD_SET(fd2,&rfds);
.....
FD_SET(fdn,&rfds);
tout.tv_sec = 10;
ret = select(maxfd+1,&rfds,NULL,NULL,&tout);
if(ret < 0)
{
出错处理
}
if(FD_ISSET(fd1,&rfds))
{
从fd1中读数据
处理数据
}
if(FD_ISSET(fd2,&rfds))
{
从fd2中读数据
处理数据
}
........
if(FD_ISSET(fdn,&rfds))
{
从fd1中读数据
处理数据
}
}