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標題: 面對不斷升級的內核，如何學(xué)習linux設備驅動(dòng) [打印本頁(yè)]

作者: 一朝成名 時(shí)間: 2009-8-20 20:08
標題: 面對不斷升級的內核，如何學(xué)習linux設備驅動(dòng)
面對不斷升級的內核，如何學(xué)習linux設備驅動(dòng)

Post By：2009-8-10 21:19:15

作者：劉洪濤，華清遠見(jiàn)嵌入式學(xué)院金牌講師。

面對不斷升級的linux內核、GNU開(kāi)發(fā)工具、linux環(huán)境下的各種圖形庫，很多linux應用程序開(kāi)發(fā)人員和linux設備驅動(dòng)開(kāi)發(fā)人員即興奮，又煩躁。興奮的是新的軟件軟件、工具給我提供了更強大的功能，煩躁的是適應新軟件的特性、搭建新環(huán)境是一項非常繁瑣的事情。本文想從以下3個(gè)方面探討一下“面對不斷升級的內核，如何學(xué)習linux設備驅動(dòng)”。
內核發(fā)展的現狀及其對技術(shù)人員的影響
Linux目前主要維護2.4和2.6兩個(gè)內核版本。在http://www.kernel.org/ 網(wǎng)站上已經(jīng)可以下載到最新的2.6內核linux-2.6.31，及最新的2.4內核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。升級版本號每1~2周更新一次，如：2.6.23.1至2.6.23.2。
由于高版本內核并不完全兼容低版本內核，所以?xún)群松墝氖耹inux開(kāi)發(fā)的技術(shù)人員造成了一定的影響，特別對于linux入門(mén)人員。
內核的升級對應從事linux應用程序開(kāi)發(fā)的人員來(lái)說(shuō)影響較小，因為系統調用基本保持兼容。而影響比較大的是驅動(dòng)開(kāi)發(fā)人員。每次內核的更新都可以導致很多內核函數使用上的變化。其中有內核本身提供的函數，也有硬件平臺代碼提供的函數，后者變化的更加頻繁。這一點(diǎn)讓初學(xué)內核驅動(dòng)的人很迷茫，因為當他們按照手里的經(jīng)典著(zhù)作，如：Alessandro的《linux設備驅動(dòng)程序》，編寫(xiě)驅動(dòng)時(shí)，發(fā)現并不能夠成功的在你的linux平臺上編譯通過(guò)、或不能正常執行。你的朋友會(huì )告訴你，你用的內核和書(shū)里的不一致。那該怎么辦呢？
我想從兩個(gè)方面去解釋這個(gè)問(wèn)題，一方面是如何寫(xiě)好linux設備驅動(dòng)，另一方面是如何應對不斷升級的內核。
如何寫(xiě)好Linux設備驅動(dòng)
Linux設備驅動(dòng)是linux內核的一部分，是用來(lái)封裝硬件細節，為上層提供標準接口的一種方法。為了能夠編寫(xiě)出質(zhì)量比較高的驅動(dòng)，要求工程師必須具備以下幾個(gè)方面的知識：
熟悉處理器的性能
如：處理器的體系結構、匯編語(yǔ)言、工作模式、異常處理等此項對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，重要程度：***。也就是說(shuō)還不熟悉驅動(dòng)編寫(xiě)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、抽象而影響到你對設備驅動(dòng)的興趣。
隨著(zhù)你不斷的熟悉驅動(dòng)的編寫(xiě)，你會(huì )很自然的意識到此項的重要性。
掌握驅動(dòng)目標的硬件工作原理及通訊協(xié)議
如：串口控制器、顯卡控制器、硬件編解碼、存儲卡控制器、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(shuō)了，編寫(xiě)設備驅動(dòng)的前提就是知道設備的操作方法。但不是說(shuō)要把所有設備的操作方法都熟悉了以后才可以驅動(dòng)，你只需要了解你要驅動(dòng)的硬件就可以了。所有這一項對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)重要程度都是：*****。
掌握硬件的控制方法
如：中斷、輪詢(xún)、DMA 通常一個(gè)硬件控制器會(huì )有多種控制方法，你需要根據系統性能的需要合理的選擇操作方法。
此項對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：****。初學(xué)階段以實(shí)現功能為目的。掌握的順序應該是，輪詢(xún)->中斷->DMA。隨著(zhù)學(xué)習的深入，需要綜合考慮系統的性能需求，采取合適的方法。
良好的GNU C語(yǔ)言編程基礎
如:C語(yǔ)言的指針、結構體、內存操作、鏈表、隊列、棧、C和匯編混合編程等。
這些編程語(yǔ)法是編寫(xiě)設備驅動(dòng)的基礎。
此項無(wú)論對于初學(xué)者還是熟手重要程度：*****。
良好的linux操作系統概念
如：多進(jìn)程、多線(xiàn)程、進(jìn)程調度、進(jìn)程搶占、進(jìn)程上下文、虛擬內存、原子操作、阻塞、睡眠、同步等概念及它們之間的關(guān)系。
這些概念及方法在設備驅動(dòng)的使用是linux設備驅動(dòng)區別單片機編程的最大特點(diǎn)。只有理解了它們才會(huì )編寫(xiě)出高質(zhì)量的驅動(dòng)。
此項對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：***。開(kāi)始可以以實(shí)現功能為目的，逐步完善自己的驅動(dòng)。
掌握l(shuí)inux內核中設備驅動(dòng)的編寫(xiě)接口
如：字符設備的cdev、塊設備的gendisk、網(wǎng)絡(luò )設備的net_device，以及基于這些基本接口的framebuffer設備的fb_info、mtd設備的mtd_info、tty設備的tty_driver、usb設備的usb_driver、mmc設備的mmc_host等
Linux內核為設備驅動(dòng)編寫(xiě)者留下了標準的接口。驅動(dòng)編寫(xiě)者無(wú)需精通內核的各個(gè)部分，只需要明確內核留給我們的接口，并實(shí)現此接口就可以了。內核流出的接口采用的是面向對象的思路，即把目標設備看成一個(gè)對象，通常利用一個(gè)結構體來(lái)描述這個(gè)對象。驅動(dòng)工程師的任務(wù)就是實(shí)現這個(gè)對象。這個(gè)結構體中會(huì )包含設備的屬性（用變量表示）和操作方法（用函數指針表示）。如：字符設備的cdev
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops;  //操作方法結合，其它項都是屬性
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
此項對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)：重要程度：****。開(kāi)始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模板。
如何應對不斷升級的內核
內核升級對驅動(dòng)的影響主要體現在，（1）驅動(dòng)接口定義的變化（2）內核的一些功能函數的名稱(chēng)、參數、頭文件、宏定義的變化（3）平臺代碼關(guān)于硬件操作方面封裝的一些函數的變化（4）設備模型的影響。下面探討一下，如何應對這幾個(gè)方面的問(wèn)題：
驅動(dòng)接口定義的變化
如：2.4內核中字符設備驅動(dòng)的注冊接口是
int register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)
而2.6內核中已經(jīng)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內核中網(wǎng)卡接口的net_device結構成員和低版本的net_device結構成員也發(fā)生了一些變化。
這種接口定義及注冊方法帶來(lái)的變化，發(fā)生的并不頻繁。解決方案是：參考內核中的代碼。這種接口定義及注冊方法在內核中非常容易找到，如：字符設備驅動(dòng)的注冊方法及接口定義可以參照內核driver/char/目錄下的很多實(shí)例。
內核的一些功能函數的名稱(chēng)、參數、頭文件、宏定義的變化
如：中斷注冊函數的格式及參數在2.4內核、2.6內核低版本和高版本之間都存在差別
在2.6.8中，中斷注冊函數的定義為：
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，中斷注冊函數的定義為：
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(wèn)題時(shí)，編譯過(guò)程中，編譯器會(huì )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(wèn)題、是否是函數參數定義有誤等。解決問(wèn)題的最好辦法還是到你的目標內核中找信息。此時(shí)找問(wèn)題的方法可以借助于搜索，如：你可以在新的內核中搜索request_irq，看新內核中的驅動(dòng)是如何使用它的。這種方法非常有效。
平臺代碼關(guān)于硬件操作方面封裝的一些函數的變化
內核中，硬件平臺相關(guān)的代碼在內核更新過(guò)程中變化比較頻繁。和我們的設備驅動(dòng)也是息息相關(guān)。所以在針對一個(gè)新內核編寫(xiě)設備驅動(dòng)前，一定要熟悉你的平臺代碼的結構。有時(shí)平臺雖然提供了內核要求的接口函數，但使用起來(lái)功能卻并不完善。下面還是先舉個(gè)例子說(shuō)明平臺代碼更新對設備驅動(dòng)的影響。
如：在linux-2.6.8內核中，調用set_irq_type(IRQ_EINT0,IRQT_FALLING);去設置S3C2410的IRQ_EINT0的中斷觸發(fā)信號類(lèi)型，你會(huì )發(fā)現不會(huì )有什么效果。跟蹤代碼發(fā)現內核的set_irq_type函數需要平臺提供一個(gè)針對硬件平臺的實(shí)現函數
static struct irqchip s3c_irqext_chip = {
.mask    = s3c_irqext_mask,
.unmask    = s3c_irqext_unmask,
.ack       = s3c_irqext_ack,
.type    = s3c_irqext_type
};
s3c_irqext_type就是linux內核需要的實(shí)現函數，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實(shí)現為：
static int s3c_irqext_type(unsigned int irq, unsigned int type)
{
irqdbf("s3c_irqext_type: called for irq %d, type %d\n", irq, type);
return 0;
}
原來(lái)并沒(méi)有實(shí)現。而在較高版本的內核，如2.6.26內核中，這個(gè)函數是實(shí)現了的。所以你一定要小心。當平臺函數不好用時(shí)，一定要查查原因，或者直接操作硬件寄存器來(lái)達到目的。
2.6內核設備模型對驅動(dòng)的影響
在2.6內核中寫(xiě)設備驅動(dòng)和在2.4內核中有著(zhù)很大的不同，就是在設備驅動(dòng)中融入了比設備驅動(dòng)本身結構還復雜，難以理解的設備模型。初學(xué)驅動(dòng)時(shí)你可以不理會(huì )設備模型，但你會(huì )發(fā)現內核里的驅動(dòng)代碼基本上都是融入了設備模型的了。所以很多時(shí)候你不得不面對現實(shí)，還是要弄懂它，并且它也的注冊方法也會(huì )隨著(zhù)內核的升級而發(fā)生變化。解決此類(lèi)問(wèn)題的最好方法還是參考目標內核驅動(dòng)代碼。
總結：
開(kāi)始學(xué)習設備驅動(dòng)時(shí)，選擇一個(gè)當前比較流行的內核版本和硬件平臺。不著(zhù)急追趕最新潮流。這樣你可以找到的網(wǎng)絡(luò )資源會(huì )比較多，不至于有孤軍奮戰的感覺(jué)。我想這個(gè)過(guò)程應該不低于1年。當過(guò)了這個(gè)過(guò)程后，嘗試將你編寫(xiě)過(guò)的驅動(dòng)移植到各個(gè)目標平臺上。上面的一些建議、和應對方法是本人的一些經(jīng)驗總結，僅供參考。

作者: linux_Ultra 時(shí)間: 2009-8-22 18:36
本帖最后由 linux_Ultra 于 2009-8-22 18:39 編輯

今天，剛好問(wèn)老師關(guān)于學(xué)linux c 編程的問(wèn)題：
我問(wèn)：關(guān)于 linux系統平臺c編程要學(xué)習：
c 基礎+c 本質(zhì)（c的反匯編和編譯連接）+ apue + arm+linux驅動(dòng)，
這5塊知識點(diǎn)，里邊都包含著(zhù)很多的知識，當你學(xué)了一個(gè)其中的一個(gè)概念的時(shí)候，到底要不要深入進(jìn)去挖深他？比如學(xué)到apue進(jìn)程這塊，說(shuō)到進(jìn)程，他給了你相關(guān)函數和操作過(guò)程，你到底要不要去深入進(jìn)去，挖掘它的內部原理，以便更能用好這些函數？比如說(shuō)道 extern 這個(gè)關(guān)鍵字原理，和 side effet這個(gè)概念，你要不要去翻翻e文c手冊，去系統的理解他們？

你猜他給了什么回答？~~~~~~~~~~~~

作者: linux_Ultra 時(shí)間: 2009-8-22 18:40
本帖最后由 linux_Ultra 于 2009-8-22 18:43 編輯

......

...

作者: 一朝成名 時(shí)間: 2009-8-22 20:24
對不起，沒(méi)注明呵呵，我不是本文作者，是轉帖的~
對于你的問(wèn)題我來(lái)回答一下吧，個(gè)人意見(jiàn)呵呵
其實(shí)就是關(guān)于想挖多深的問(wèn)題，還好，你學(xué)的這是linux（呵呵，很幸運啊win下就不能了），可以想挖多深挖多深，一直挖到程序跟cpu的硬件如何交互（kernel部分）。
第一方面是興趣，你要是有興趣，可以根據thread庫函數，去學(xué)習linux系統下如何實(shí)現的線(xiàn)程（各種系統下實(shí)現thread的方式是不一樣的，相關(guān)操作系統有這方面的講解）。
第二要根據自己的需求和能力去側重的學(xué)習，一個(gè)人精力是有限的，如果有能力就多挖深點(diǎn)~對于以后工作會(huì )有更深的理解，解決問(wèn)題的能力也會(huì )增強。
最后就是要有一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，不能一口吃個(gè)胖子

ps：最近我也在研究os的實(shí)現的問(wèn)題，興趣所好~

作者: geyingzhen 時(shí)間: 2009-8-25 12:23
學(xué)習�。。�！

作者: linux_Ultra 時(shí)間: 2009-8-26 08:15

對不起，沒(méi)注明呵呵，我不是本文作者，是轉帖的~
對于你的問(wèn)題我來(lái)回答一下吧，個(gè)人意見(jiàn)呵呵
其實(shí)就是關(guān)于想挖多深的問(wèn)題，還好，你學(xué)的這是linux（呵呵，很幸運啊win下就不能了），可以想挖多深挖多深，一直挖到程 ...
一朝成名發(fā)表于 2009-8-22 20:24

他給我舉了兩個(gè)例子：
1.種地。
給你一片地，你是只挖一個(gè)坑種放一顆種子，然后停在那，施肥澆水等他長(cháng)大呢？
還是全都挖好了坑，每個(gè)坑放顆種子，然后都要去養護她們？
2.老鷹抓小雞。
老鷹抓小雞的時(shí)候，飛的太高，看見(jiàn)東西，你俯沖下來(lái)。因為距離太長(cháng)。小雞找就跑掉了。如果飛的太低，又不能監視全局，看不到目標。

作者: lelee007 時(shí)間: 2009-9-24 22:35
我靠，成名天天都跟哪兒跟蹤到的這些東西？

share一下

感覺(jué)你那的資源相當豐富

作者: 一朝成名 時(shí)間: 2009-9-24 22:51

我靠，成名天天都跟哪兒跟蹤到的這些東西？

share一下

感覺(jué)你那的資源相當豐富
lelee007 發(fā)表于 2009-9-24 22:35

我這點(diǎn)貨都倒廣廣了

作者: wlown 時(shí)間: 2009-10-14 09:26
學(xué)習是永恒的！

作者: alpha321 時(shí)間: 2009-11-18 08:46
謝謝分享！

作者: yangjiansen 時(shí)間: 2009-11-30 11:40
說(shuō)的好深奧，還沒(méi)有明白

作者: foreverlee 時(shí)間: 2010-6-9 21:29
好東西啊

作者: amingor168 時(shí)間: 2010-6-25 20:21
眼皮越來(lái)越重喔！

作者: alpha321 時(shí)間: 2010-8-5 18:37
好文,感謝分享!

作者: mc02snx 時(shí)間: 2010-10-5 22:56
謝謝分享

作者: renmingcan 時(shí)間: 2010-10-10 12:08

自己會(huì )的太少了還需繼續努力

作者: z383775409 時(shí)間: 2010-11-1 22:45
感謝樓主分享！

作者: andy_han 時(shí)間: 2011-5-16 21:01
好文,感謝分享

作者: hszx 時(shí)間: 2011-5-18 14:11

作者: freeboy898 時(shí)間: 2011-11-4 14:40
好文章，學(xué)習了，謝謝樓主分享！

作者: hustchenjing 時(shí)間: 2011-11-23 13:21
你有只有學(xué)習，內核的升級和你沒(méi)有關(guān)系。

作者: mrsh123 時(shí)間: 2012-3-2 22:08
時(shí)刻打飛機是發(fā)

作者: yl_bean 時(shí)間: 2012-5-13 13:33
多謝

作者: daizhi1970 時(shí)間: 2012-8-8 10:03
O(∩_∩)O謝謝

作者: protheschildren 時(shí)間: 2013-9-12 18:15
拜讀拜讀，聽(tīng)君一席話(huà)，勝讀十年書(shū)

作者: helloketty 時(shí)間: 2013-10-29 10:06
聽(tīng)君一席話(huà)，勝讀十年書(shū)

作者: Benjoy 時(shí)間: 2014-10-10 17:32
好文章，學(xué)習了，謝謝樓主分享！

作者: zzxydedu118 時(shí)間: 2016-1-17 13:59
深圳信盈達專(zhuān)注于嵌入式開(kāi)發(fā)培訓，包學(xué)會(huì )，包高薪就業(yè)。詳情小窗口袁老師：13
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作者: liflash 時(shí)間: 2019-6-2 18:58
好像DTS還是可以搞搞的

歡迎光臨電子工程網(wǎng) (http://selenalain.com/)

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