面對不斷公升級的核心，如何學習linux裝置驅動

華清遠見嵌入式學院（

www.embedu.org ）劉洪濤

面對不斷公升級的

linux核心、gnu開發工具、linux環境下的各種圖形庫，很多linux應用程式開發人員和linux裝置驅動開發人員即興奮，又煩躁。興奮的是新的軟體軟體、工具給我提供了更強大的功能，煩躁的是適應新軟體的特性、搭建新環境是一項非常繁瑣的事情。本文想從以下3個方面**一下「面對不斷公升級的核心，如何學習linux裝置驅動」。

一、核心發展的現狀及其對技術人員的影響

linux目前主要維護

2.4和2.6兩個核心版本。在http://www.kernel.org/ **上已經可

2.4核心linux-2.4.37。穩定版本號基本上是1~3月更新一次，如：2.6.22至2.6.23。公升級版本號每1~2周更新一次，如：2.6.23.1至2.6.23.2。

由於高版本核心並不完全相容低版本核心，所以核心公升級對從事

linux開發的技術人員造成了一定的影響，特別對於linux入門人員。

核心的公升級對應從事

linux應用程式開發的人員來說影響較小，因為系統呼叫基本保持相容。而影響比較大的是驅動開發人員。每次核心的更新都可以導致很多核心函式使用上的變化。其中有核心本身提供的函式，也有硬體平台**提供的函式，後者變化的更加頻繁。這一點讓初學核心驅動的人很迷茫，因為當他們按照手裡的經典著作，如：alessandro的《linux裝置驅動程式》，編寫驅動時，發現並不能夠成功的在你的linux平台上編譯通過、或不能正常執行。你的朋友會告訴你，你用的核心和書裡的不一致。那該怎麼辦呢？

我想從兩個方面去解釋這個問題，一方面是如何寫好

linux裝置驅動，另一方面是如何應對不斷公升級的核心。

二、如何寫好linux裝置驅動

linux裝置驅動是

linux核心的一部分，是用來封裝硬體細節，為上層提供標準介面的

一種方法。為了能夠編寫出質量比較高的驅動，要求工程師必須具備以下幾個方面的知識：

l熟悉處理器的效能

如：處理器的體系結構、組合語言、工作模式、異常處理等

此項對於初學者來說，重要程度：

***。也就是說還不熟悉驅動編寫方法的情況下，可

以先不把重心放在這一項上，因為可能因為它的枯燥、抽象而影響到你對裝置驅動的興趣。

隨著你不斷的熟悉驅動的編寫，你會很自然的意識到此項的重要性。

l掌握驅動目標的硬體工作原理及通訊協議

如：串列埠控制器、顯示卡控制器、硬體編譯碼、儲存卡控制器、

i2c通訊、spi通訊、usb

通訊、 sdio通訊、i2s通訊、pci通訊等

此項的重要程度應該不用多說了，編寫裝置驅動的前提就是知道裝置的操作方法。但不

是說要把所有裝置的操作方法都熟悉了以後才可以驅動，你只需要了解你要驅動的硬體就可以了。所有這一項對於初學者來說重要程度都是：

*****。

l掌握硬體的控制方法

如：中斷、輪詢、

dma通常乙個硬體控制器會有多種控制方法，你需要根據系統效能的需要合理的選擇操作方

法。此項對於初學者來說：重要程度：

****。初學階段以實現功能為目的。掌握的順序應該是，輪詢->中斷->dma。隨著學習的深入，需要綜合考慮系統的效能需求，採取合適的方法。

l良好的

gnu c語言程式設計基礎

如 :c語言的指標、結構體、記憶體操作、鍊錶、佇列、棧、c和彙編混合程式設計等。

這些程式設計語法是編寫裝置驅動的基礎。

此項無論對於初學者還是熟手重要程度：

*****。

l良好的

linux作業系統概念

如：多程序、多執行緒、程序排程、程序搶占、程序上下文、虛擬記憶體、原子操作、阻塞、

睡眠、同步等概念及它們之間的關係。

這些概念及方法在裝置驅動的使用是

linux裝置驅動區別微控制器程式設計的最大特點。只有理解了它們才會編寫出高質量的驅動。

此項對於初學者來說：重要程度：

***。開始可以以實現功能為目的，逐步完善自己的驅動。

l掌握 linux核心中裝置驅動的編寫介面

如：字元裝置的

cdev、塊裝置的gendisk、網路裝置的net_device，以及基於這些基

本介面的

framebuffer裝置的fb_info、mtd裝置的mtd_info、tty裝置的tty_driver、usb裝置的usb_driver、mmc裝置的mmc_host等

linux核心為裝置驅動編寫者留下了標準的介面。驅動編寫者無需精通核心的各個部分，只需要明確核心留給我們的介面，並實現此介面就可以了。核心流出的介面採用的是物件導向的思路，即把目標裝置看成乙個物件，通常利用乙個結構體來描述這個物件。驅動工程師的任務就是實現這個物件。這個結構體中會包含裝置的屬性（用變數表示）和操作方法（用函式指標表示）。如：字元裝置的

cdev

struct cdev ;

此項對於初學者來說：重要程度：

****。開始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模板。

三、如何應對不斷公升級的核心

核心公升級對驅動的影響主要體現在，（

1）驅動介面定義的變化（2）核心的一些功能函

數的名稱、引數、標頭檔案、巨集定義的變化（

3）平台**關於硬體操作方面封裝的一些函式的變化（4）裝置模型的影響。下面**一下，如何應對這幾個方面的問題：

l驅動介面定義的變化

如： 2.4核心中字元裝置驅動的註冊介面是

int register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)

而 2.6核心中已經不建議使用這種方法了，改為：

int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)

又如： 2.6.27核心中網絡卡介面的net_device結構成員和低版本的net_device結構成員也發生了一些變化。

driver/char/目錄下的很多例項。

l核心的一些功能函式的名稱、引數、標頭檔案、巨集定義的變化

如：中斷註冊函式的格式及引數在

2.4核心、2.6核心低版本和高版本之間都存在差別

在 2.6.8中，中斷註冊函式的定義為：

int request_irq(unsigned int irq,irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),unsigned long irq_flags,const char * devname, void *dev_id)

irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：

sa_interrupt、sa_sample_random、sa_shirq

在 2.6.26中，中斷註冊函式的定義為：

int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long irqflags,const char *devname, void *dev_id)

typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：（功能和

2.6.8的對應）

irqf_disabled、

irqf_sample_random、irqf_shared

當出現這些問題時，編譯過程中，編譯器會給我們比較明確的錯誤提示，根據這些提示你可以判斷出是否是缺少頭問題、是否是函式引數定義有誤等。解決問題的最好辦法還是到你的目標核心中找資訊。此時找問題的方法可以借助於搜尋，如：你可以在新的核心中搜尋

request_irq，看新核心中的驅動是如何使用它的。這種方法非常有效。

l平台**關於硬體操作方面封裝的一些函式的變化

核心中，硬體平台相關的**在核心更新過程中變化比較頻繁。和我們的裝置驅動也是息息相關。所以在針對乙個新核心編寫裝置驅動前，一定要熟悉你的平台**的結構。有時平台雖然提供了核心要求的介面函式，但使用起來功能卻並不完善。下面還是先舉個例子說明平台**更新對裝置驅動的影響。

如：在 linux-2.6.8核心中，呼叫set_irq_type(irq_eint0, irqt_falling);去設定s3c2410的irq_eint0的中斷觸發訊號型別，你會發現不會有什麼效果。跟蹤**發現核心的set_irq_type函式需要平台提供乙個針對硬體平台的實現函式

static struct irqchip s3c_irqext_chip = ;

s3c_irqext_type就是

linux核心需要的實現函式，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實現為：

static int s3c_irqext_type(unsigned int irq, unsigned int type)

原來並沒有實現。而在較高版本的核心，如

2.6.26核心中，這個函式是實現了的。所以你一定要小心。當平台函式不好用時，一定要查查原因，或者直接操作硬體暫存器來達到目的。

l2.6核心裝置模型對驅動的影響

在 2.6核心中寫裝置驅動和在2.4核心中有著很大的不同，就是在裝置驅動中融入了比裝置驅動本身結構還複雜，難以理解的裝置模型。初學驅動時你可以不理會裝置模型，但你會發現核心裡的驅動**基本上都是融入了裝置模型的了。所以很多時候你不得不面對現實，還是要弄懂它，並且它也的註冊方法也會隨著核心的公升級而發生變化。解決此類問題的最好方法還是參考目標核心驅動**。

總結：

開始學習裝置驅動時，選擇乙個當前比較流行的核心版本和硬體平台。不著急追趕最新潮流。這樣你可以找到的網路資源會比較多，不至於有孤軍奮戰的感覺。我想這個過程應該不低於

1年。當過了這個過程後，嘗試將你編寫過的驅動移植到各個目標平台上。上面的一些建議、和應對方法是本人的一些經驗總結，僅供參考。

面對不斷公升級的核心，如何學習linux裝置驅動

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