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玩轉(zhuǎn)Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)你需要弄懂這些問題

作者: 時(shí)間:2017-05-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng),是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計(jì)思想,是一個(gè)性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201705/359178.htm

  想要深入理解linux設(shè)備驅(qū)動(dòng),你必須明確以下幾個(gè)問題:

  ? 應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)系

  ? 設(shè)備類型

  ? 設(shè)備文件、主設(shè)備號與從設(shè)備號

  ? 驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

  ? 用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)

  ? 驅(qū)動(dòng)程序功能

  一、應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)系

  1) 應(yīng)用程序調(diào)用一系列函數(shù)庫,通過對文件的操作完成一系列功能。

  應(yīng)用程序以文件形式訪問各種硬件設(shè)備(Linux特有的抽象方式,把所有的硬件訪問抽象為對文件的讀寫、設(shè)置)

  函數(shù)庫:

  部分函數(shù)無需內(nèi)核的支持,由庫函數(shù)內(nèi)部通過代碼實(shí)現(xiàn),直接完成功能

  部分函數(shù)涉及到硬件操作或內(nèi)核的支持,由內(nèi)核完成對應(yīng)功能,我們稱其為系統(tǒng)調(diào)用

  2) 內(nèi)核處理系統(tǒng)調(diào)用,根據(jù)設(shè)備文件類型、主設(shè)備號、從設(shè)備號(后面會(huì)講解),調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

  3) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)直接與硬件通信。

  二、設(shè)備類型

  硬件是千變?nèi)f化的,沒有八千也有一萬了,就像世界上有三種人:男人、女人、女博士一樣,linux做了一個(gè)很偉大也很艱難的分類:把所有的硬件設(shè)備分為三大類:字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

  1) 字符設(shè)備:字符(char)設(shè)備是個(gè)能夠像字節(jié)流(類似文件)一樣被訪問的設(shè)備。

  對字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請求時(shí),實(shí)際的硬件I/O操作一般緊接著發(fā)生;

  字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常至少要實(shí)現(xiàn)open、close、read和write系統(tǒng)調(diào)用。

  比如我們常見的lcd、觸摸屏、鍵盤、led、串口等等,就像男人是用來干活的一樣,他們一般對應(yīng)具體的硬件都是進(jìn)行出具的采集、處理、傳輸。

  2) 塊設(shè)備:一個(gè)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要通過傳輸固定大小的數(shù)據(jù)(一般為512或1k)來訪問設(shè)備。

  塊設(shè)備通過buffer cache(內(nèi)存緩沖區(qū))訪問,可以隨機(jī)存取,即:任何塊都可以讀寫,不必考慮它在設(shè)備的什么地方。

  塊設(shè)備可以通過它們的設(shè)備特殊文件訪問,但是更常見的是通過文件系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

  只有一個(gè)塊設(shè)備可以支持一個(gè)安裝的文件系統(tǒng)。

  比如我們常見的電腦硬盤、SD卡、U盤、光盤等,就像女人一樣是用來存儲(chǔ)信息的。

  3) 網(wǎng)絡(luò)接口:任何網(wǎng)絡(luò)事務(wù)都經(jīng)過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口形成,即一個(gè)能夠和其他主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。

  訪問網(wǎng)絡(luò)接口的方法仍然是給它們分配一個(gè)唯一的名字(比如eth0),但這個(gè)名字在文件系統(tǒng)中不存在對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。

  內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序間的通信,完全不同于內(nèi)核和字符以及塊驅(qū)動(dòng)程序之間的通信,內(nèi)核調(diào)用一套和數(shù)據(jù)包傳輸相關(guān)的函數(shù)(socket函數(shù))而不是read、write等。

  比如我們常見的網(wǎng)卡設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備,就像女博士一樣,數(shù)量稀少但又不可或缺。

  linux中所有的驅(qū)動(dòng)程序最終都能歸到這三種設(shè)備中,當(dāng)然他們之間也沒有非常嚴(yán)格的界限,這些都是程序中對他們的劃分而已,比如一個(gè)sd卡,我們也可以把它封裝成字符設(shè)備去操作也是沒有問題的。就像。。。

  三、設(shè)備文件、主設(shè)備號、從設(shè)備號

  有了設(shè)備類型的劃分,那么應(yīng)用程序應(yīng)該怎樣訪問具體的硬件設(shè)備呢?

  或者說已經(jīng)確定他是一個(gè)男人了,那么怎么從萬千世界中區(qū)分他與他的不同呢?

  答案是:姓名,在linux驅(qū)動(dòng)中也就是設(shè)備文件名。

  那么重名怎么辦?

  答案是:身份證號,在linux驅(qū)動(dòng)中也就是設(shè)備號(主、從)。

  設(shè)備文件:

  在linux系統(tǒng)中有一個(gè)約定俗成的說法:“一切皆文件”,應(yīng)用程序使用設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)訪問對應(yīng)設(shè)備, Linux下的各種硬件設(shè)備以文件的形式存放于/dev目錄下,可以使用ls /dev 查看Linux把對硬件的操作全部抽象成對文件的操作(open,read,write,close,…)

  每個(gè)設(shè)備文件都有其文件屬性(c或者b),使用ls /dev -l 的命令查看, 表明其是字符設(shè)備或者塊設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有在這個(gè)文件夾下,用來明其性別(男人、女人)

  主設(shè)備號、從設(shè)備號

  在設(shè)備管理中,除了設(shè)備類型外,內(nèi)核還需要一對被稱為主從設(shè)備號的參數(shù),才能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)設(shè)備,類似人的身份證號

  主設(shè)備號:

  用于標(biāo)識(shí)驅(qū)動(dòng)程序,相同的主設(shè)備號使用相同的驅(qū)動(dòng)程序,例如:S3C2440 有串口、LCD、觸摸屏三種設(shè)備,他們的主設(shè)備號各不相同;

  從設(shè)備號:

  用于標(biāo)識(shí)同一驅(qū)動(dòng)程序的不同硬件

  例:PC的IDE設(shè)備,主設(shè)備號用于標(biāo)識(shí)該硬盤,從設(shè)備號用于標(biāo)識(shí)每個(gè)分區(qū),2440有三個(gè)串口,每個(gè)串口的主設(shè)備號相同,從設(shè)備號用于區(qū)分具體屬于那一個(gè)串口。

  四、驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

  應(yīng)用程序以main開始

  驅(qū)動(dòng)程序沒有main,它以一個(gè)模塊初始化函數(shù)作為入口

  應(yīng)用程序從頭到尾執(zhí)行一個(gè)任務(wù)

  驅(qū)動(dòng)程序完成初始化之后不再運(yùn)行,等待系統(tǒng)調(diào)用

  應(yīng)用程序可以使用glibc等標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫

  驅(qū)動(dòng)程序不能使用標(biāo)準(zhǔn)C庫

  五、用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的區(qū)分

  驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分,工作在內(nèi)核態(tài)

  應(yīng)用程序工作在用戶態(tài)

  數(shù)據(jù)空間訪問問題

  無法通過指針直接將二者的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行傳遞

  系統(tǒng)提供一系列函數(shù)幫助完成數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)換

  get_user

  put_user

  copy_from_user

  copy_to_user

  六、Linux驅(qū)動(dòng)程序功能

  對設(shè)備初始化和釋放資源

  把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)

  讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)

  檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤(底層協(xié)議)

  用于區(qū)分具體設(shè)備的實(shí)例



關(guān)鍵詞: Linux

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