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作為一個(gè)驅動(dòng)作者, 你可能發(fā)現你面對一個(gè)設備必須在它能支持工作前下載固件到它里面. 硬件市場(chǎng)的許多地方的競爭是如此得強烈, 以至于甚至一點(diǎn)用作設備控制固件的 EEPROM 的成本制造商都不愿意花費. 因此固件發(fā)布在隨硬件一起的一張 CD 上, 并且操作系統負責傳送固件到設備自身. 硬件越來(lái)越復雜，硬件的許多功能使用了程序實(shí)現，與直接硬件實(shí)現相比，固件擁有處理復雜事物的靈活性和便于升級、維護等優(yōu)點(diǎn)。固件（firmware）就是這樣的一段在設備硬件自身中執行的程序，通過(guò)固件標準驅動(dòng)程序才能實(shí)現特定機器的操作，如：光驅、刻錄機等都有內部的固件。 固件一般存放在設備上的flash存儲器中，但出于成本和靈活性考慮，許多設備都將固件的映像(image)以文件的形式存放在硬盤(pán)中，設備驅動(dòng)程序初始化時(shí)再裝載到設備內部的存儲器中。這樣，方便了固件的升級，并省略了設備的flash存儲器。 一、驅動(dòng)和固件的區別 計算機領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)和固件從來(lái)沒(méi)有過(guò)明確的定義，就好像今天我們說(shuō)內存，大部分人用來(lái)表示SDRAM，但也有人把Android里的“固化的Flash/Storage"稱(chēng)為“內存”，你不能說(shuō)這樣說(shuō)就錯了，因為這確實(shí)是一種“內部存儲”。 但在Linux Kernel中，Driver和Firmware是有明確含義的， 1、驅動(dòng) Driver是控制被操作系統管理的外部設備（Device）的代碼段。很多時(shí)候Driver會(huì )被實(shí)現為L(cháng)KM，但這不是必要條件。driver通過(guò)driver_register()注冊到總線(xiàn)(bus_type）上，代表系統具備了驅動(dòng)某種設備（device）的能力。當某個(gè)device被注冊到同樣的總線(xiàn)的時(shí)候（通常是總線(xiàn)枚舉的時(shí)候發(fā)現了這個(gè)設備），總線(xiàn)驅動(dòng)會(huì )對driver和device會(huì )通過(guò)一定的策略進(jìn)行binding（即進(jìn)行匹配），如果Binding成功，總線(xiàn)驅動(dòng)會(huì )調用driver的probe()函數，把設備的信息（例如端口，中斷號等）傳遞給驅動(dòng)，驅動(dòng)就可以對真實(shí)的物理部件進(jìn)行初始化，并把對該設備的控制接口注冊到Linux的其他子系統上（例如字符設備，v4l2子系統等）。這樣操作系統的其他部分就可以通過(guò)這些通用的接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)設備了。 2、固件 Firmware，是表示運行在非“控制處理器”（指不直接運行操作系統的處理器，例如外設中的處理器，或者被用于bare metal的主處理器的其中一些核)中的程序。這些程序很多時(shí)候使用和操作系統所運行的處理器完全不同的指令集。這些程序以二進(jìn)制形式存在于Linux內核的源代碼樹(shù)中，生成目標系統的時(shí)候，通�？截愒�/lib/firmware目錄下。當driver對device進(jìn)行初始化的時(shí)候，通過(guò)request_firmware()等接口，在一個(gè)用戶(hù)態(tài)helper程序的幫助下，可以把指定的firmware加載到內存中，由驅動(dòng)傳輸到指定的設備上。 所以，總的來(lái)說(shuō)，其實(shí)driver和firmware沒(méi)有什么直接的關(guān)系，但firmware通常由驅動(dòng)去加載。我們討論的那個(gè)OS，一般不需要理解firmware是什么，只是把它當做數據。firmware是什么，只有使用這些數據的那個(gè)設備才知道。好比你用一個(gè)電話(huà)，電話(huà)中有一個(gè)軟件，這個(gè)軟件你完全不關(guān)心如何工作的，你換這個(gè)軟件的時(shí)候，就可以叫這個(gè)軟件是“固件”，但如果你用了一個(gè)智能手機，你要細細關(guān)系什么是上面的應用程序，Android平臺，插件之類(lèi)的細節內容，你可能就不叫這個(gè)東西叫“固件”了。 如何解決固件問(wèn)題呢？你可能想解決固件問(wèn)題使用這樣的一個(gè)聲明: static char my_firmware[] = { 0x34, 0x78, 0xa4, ... }; 但是, 這個(gè)方法幾乎肯定是一個(gè)錯誤. 將固件編碼到一個(gè)驅動(dòng)擴大了驅動(dòng)的代碼, 使固件升級困難, 并且非�？赡墚a(chǎn)生許可問(wèn)題. 供應商不可能已經(jīng)發(fā)布固件映象在 GPL 之下, 因此和 GPL-許可的代碼混合常常是一個(gè)錯誤. 為此, 包含內嵌固件的驅動(dòng)不可能被接受到主流內核或者被 Linux 發(fā)布者包含. 二、內核固件接口 正確的方法是當你需要它時(shí)從用戶(hù)空間獲取它. 但是, 請抵制試圖從內核空間直接打開(kāi)包含固件的文件的誘惑; 那是一個(gè)易出錯的操作, 并且它安放了策略(以一個(gè)文件名的形式)到內核. 相反, 正確的方法時(shí)使用固件接口, 它就是為此而創(chuàng )建的: [cpp] view plain copy 1. #include 2. 3. int request_firmware(const struct firmware **fw, char *name, struct device *device); 函數request_firmware向用戶(hù)空間請求提供一個(gè)名為name固件映像文件并等待完成。參數device為固件裝載的設備。文件內容存入request_firmware 返回，如果固件請求成功，返回0。該函數從用戶(hù)空間得到的數據未做任何檢查，用戶(hù)在編寫(xiě)驅動(dòng)程序時(shí)，應對固件映像做數據安全檢查，檢查方向由設備固件提供商確定，通常有檢查標識符、校驗和等方法。 調用 request_firmware 要求用戶(hù)空間定位并提供一個(gè)固件映象給內核; 我們一會(huì )兒看它如何工作的細節. name 應當標識需要的固件; 正常的用法是供應者提供的固件文件名. 某些象 my_firmware.bin 的名子是典型的. 如果固件被成功加載, 返回值是 0(負責常用的錯誤碼被返回), 并且 fw 參數指向一個(gè)這些結構: [cpp] view plain copy 1. struct firmware { 2. size_t size; 3. u8 *data; 4. }; 那個(gè)結構包含實(shí)際的固件, 它現在可被下載到設備中. 小心這個(gè)固件是來(lái)自用戶(hù)空間的未被檢查的數據; 你應當在發(fā)送它到硬件之前運用任何并且所有的你能夠想到的檢查來(lái)說(shuō)服你自己它是正確的固件映象. 設備固件常常包含標識串, 校驗和, 等等; 在信任數據前全部檢查它們. 在你已經(jīng)發(fā)送固件到設備前, 你應當釋放 in-kernel 結構, 使用: [cpp] view plain copy 1. void release_firmware(struct firmware *fw); 因為 request_firmware 請求用戶(hù)空間來(lái)幫忙, 它保證在返回前睡眠. 如果你的驅動(dòng)當它必須請求固件時(shí)不在睡眠的位置, 異步的替代方法可能要使用: [cpp] view plain copy 1. int request_firmware_nowait(struct module *module, 2. char *name, struct device *device, void *context, 3. void (*cont)(const struct firmware *fw, void *context)); 這里額外的參數是 moudle( 它將一直是 THIS_MODULE), context (一個(gè)固件子系統不使用的私有數據指針), 和 cont. 如果都進(jìn)行順利, request_firmware_nowait 開(kāi)始固件加載過(guò)程并且返回 0. 在將來(lái)某個(gè)時(shí)間, cont 將用加載的結果被調用. 如果由于某些原因固件加載失敗, fw 是 NULL. 三、固件如何工作 固件子系統使用 sysfs 和熱插拔機制. 當調用 request_firmware, 一個(gè)新目錄在 /sys/class/firmware 下使用你的驅動(dòng)的名子被創(chuàng )建. 那個(gè)目錄包含 3 個(gè)屬性: loading 這個(gè)屬性應當被加載固件的用戶(hù)空間進(jìn)程設置為 1. 當加載進(jìn)程完成, 它應當設為 0. 寫(xiě)一個(gè)值 -1 到 loading 會(huì )中止固件加載進(jìn)程. data data 是一個(gè)二進(jìn)制的接收固件數據自身的屬性. 在設置 loading 后, 用戶(hù)空間進(jìn)程應當寫(xiě)固件到這個(gè)屬性. device 這個(gè)屬性是一個(gè)符號連接到 /sys/devices 下面的被關(guān)聯(lián)入口項. 一旦創(chuàng )建了 sysfs 入口項, 內核為你的設備產(chǎn)生一個(gè)熱插拔事件. 傳遞給熱插拔處理者的環(huán)境包括一個(gè)變量 FIRMWARE, 它被設置為提供給 request_firmware 的名子. 這個(gè)處理者應當定位固件文件, 并且拷貝它到內核使用提供的屬性. 如果這個(gè)文件無(wú)法找到, 處理者應當設置 loading 屬性為 -1. 如果一個(gè)固件請求在 10 秒內沒(méi)有被服務(wù), 內核就放棄并返回一個(gè)失敗狀態(tài)給驅動(dòng). 超時(shí)周期可通過(guò) sysfs 屬性 /sys/class/firmware/timeout 屬性改變. 使用 request_firmware 接口允許你隨你的驅動(dòng)發(fā)布設備固件. 當正確地集成到熱插拔機制, 固件加載子系統允許設備簡(jiǎn)化工作"在盒子之外" 顯然這是處理問(wèn)題的最好方法. 但是, 請允許我們提出多一條警告: 設備固件沒(méi)有制造商的許可不應當發(fā)布. 許多制造商會(huì )同意在合理的條款下許可它們的固件, 如果客氣地請求; 一些其他的可能不何在. 無(wú)論如何, 在沒(méi)有許可時(shí)拷貝和發(fā)布它們的固件是對版權法的破壞并且招致麻煩. 四、固件接口函數的使用方法 當驅動(dòng)程序需要使用固件驅動(dòng)時(shí)，在驅動(dòng)程序的初始化化過(guò)程中需要加下如下的代碼： [cpp] view plain copy 1. if(request_firmware(&fw_entry, $FIRMWARE, device) == 0) /*從用戶(hù)空間請求映像數據*/ 2. 3. /*將固件映像拷貝到硬件的存儲器，拷貝函數由用戶(hù)編寫(xiě)*/ 4. copy_fw_to_device(fw_entry->data, fw_entry->size); 5. release(fw_entry); 用戶(hù)還需要在用戶(hù)空間提供腳本通過(guò)文件系統sysfs中的文件data將固件映像文件讀入到內核的緩沖區中。腳本樣例列出如下： [cpp] view plain copy 1. #變量$DEVPATH（固件設備的路徑）和$FIRMWARE（固件映像名）應已在環(huán)境變量中提供 2. 3. HOTPLUG_FW_DIR=/usr/lib/hotplug/firmware/ #固件映像文件所在目錄 4. 5. echo 1 > /sys/$DEVPATH/loading 6. cat $HOTPLUG_FW_DIR/$FIRMWARE > /sysfs/$DEVPATH/data 7. echo 0 > /sys/$DEVPATH/loading 五、固件請求函數request_firmware 函數request_firmware請求從用戶(hù)空間拷貝固件映像文件到內核緩沖區。該函數的工作流程列出如下： a -- 在文件系統sysfs中創(chuàng )建文件/sys/class/firmware/xxx/loading和data，"xxx"表示固件的名字，給文件loading和data附加讀寫(xiě)函數，設置文件屬性，文件loading表示開(kāi)/關(guān)固件映像文件裝載功能；文件data的寫(xiě)操作將映像文件的數據寫(xiě)入內核緩沖區，讀操作從內核緩沖區讀取數據。 b -- 將添加固件的uevent事件（即"add"）通過(guò)內核對象模型發(fā)送到用戶(hù)空間。 c -- 用戶(hù)空間管理uevent事件的后臺進(jìn)程udevd接收到事件后，查找udev規則文件，運行規則所定義的動(dòng)作，與固件相關(guān)的規則列出如下： [cpp] view plain copy 1. $ /etc/udev/rules.d/50-udev-default.rules 2. …… 3. # firmware class requests 4. SUBSYSTEM=="firmware", ACTION=="add", RUN+="firmware.sh" 5. …… 從上述規則可以看出，固件添加事件將引起運行腳本firmware.sh。 d -- 腳本firmware.sh打開(kāi)"裝載"功能，同命令"cat 映像文件 > /sys/class/firmware/xxx/data"將映像文件數據寫(xiě)入到內核的緩沖區。 e -- 映像數據拷貝完成后，函數request_firmware從文件系統/sysfs注銷(xiāo)固件設備對應的目錄"xxx"。如果請求成功，函數返回0。 f -- 用戶(hù)就將內核緩沖區的固件映像數據拷貝到固件的內存中。然后，調用函數release_firmware(fw_entry)釋放給固件映像分配的緩沖區。 以下課程可免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、Python、安卓等。 想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了。宋工Q35--24-65--90-88 Tel/WX：173--17--95--19--08 |
