如何學習linux裝置驅動

華清遠見嵌入式培訓中心

講師。通常，核心的公升級對從事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，影響比較大的是驅動開發人員。每次核心的更新都可能導致許多核心函式原型上的變化，其中既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。這一點從許多經典書籍就可驗證，當你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，原因就在於你用的核心和書裡的不一致。

本文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。

如何寫好linux裝置驅動

linux裝置驅動是linux核心的一部分，是用來遮蔽硬體細節，為上層提供標準介面的一種技術手段。為了能夠編寫出質量比較高的驅動程式，要求工程師必須具備以下幾個方面的知識：

●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。對於初學者來說，在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。隨著你不斷地熟悉驅動的編寫，你會很自然的意識到此項的重要性。

●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。編寫裝置驅動的前提就是需要了解裝置的操作方法，所以這些內容的重要程度不言而喻。但不是說要把所有裝置的操作方法都熟悉了以後才可以寫驅動，你只需要了解你要驅動的硬體就可以了。

●掌握硬體的控制方法

如：中斷、輪詢、dma 等，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。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。

●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，無論對於初學者還是有經驗者都非常重要。

●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裡的使用是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。

●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提供了標準的介面，驅動編寫者無需精通核心的各個部分，只需要明確核心提供給我們的介面，並實現此介面就可以了。核心提供的介面採用的是物件導向的思路，即把目標裝置抽象成乙個物件，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 ;

開始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模板、參考例程。

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）核心的一些功能函式的名稱、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。

●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)

這種介面定義及註冊方法帶來的變化，發生的並不頻繁。解決方案是：參考核心中的**。這種介面定義及註冊方法在核心中非常容易找到，如：字元裝置驅動的註冊方法及介面定義可以參照核心driver/char/目錄下的很多例項。

●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標頭檔案問題、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。

●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。

●2.6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，主要就是在裝置驅動中融入了比裝置驅動本身結構還複雜、還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，不急於追趕最新潮流。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。

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