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面對不斷升級的內(nèi)核，如何學(xué)習(xí)linux設(shè)備驅(qū)動 ![]() Post By：2009-8-10 21:19:15
作者：劉洪濤，華清遠(yuǎn)見嵌入式學(xué)院金牌講師。
面對不斷升級的linux內(nèi)核、GNU開發(fā)工具、linux環(huán)境下的各種圖形庫，很多l(xiāng)inux應(yīng)用程序開發(fā)人員和linux設(shè)備驅(qū)動開發(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(qiáng)大的功能，煩躁的是適應(yīng)新軟件的特性、搭建新環(huán)境是一項(xiàng)非常繁瑣的事情。本文想從以下3個方面探討一下“面對不斷升級的內(nèi)核，如何學(xué)習(xí)linux設(shè)備驅(qū)動”。
內(nèi)核發(fā)展的現(xiàn)狀及其對技術(shù)人員的影響
Linux目前主要維護(hù)2.4和2.6兩個內(nèi)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(nèi)核linux-2.6.31，及最新的2.4內(nèi)核linux-2.4.37。穩(wěn)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(nèi)核并不完全兼容低版本內(nèi)核，所以內(nèi)核升級對從事linux開發(fā)的技術(shù)人員造成了一定的影響，特別對于linux入門人員。
內(nèi)核的升級對應(yīng)從事linux應(yīng)用程序開發(fā)的人員來說影響較小，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用基本保持兼容。而影響比較大的是驅(qū)動開發(fā)人員。每次內(nèi)核的更新都可以導(dǎo)致很多內(nèi)核函數(shù)使用上的變化。其中有內(nèi)核本身提供的函數(shù)，也有硬件平臺代碼提供的函數(shù)，后者變化的更加頻繁。這一點(diǎn)讓初學(xué)內(nèi)核驅(qū)動的人很迷茫，因?yàn)楫?dāng)他們按照手里的經(jīng)典著作，如：Alessandro的《linux設(shè)備驅(qū)動程序》，編寫驅(qū)動時，發(fā)現(xiàn)并不能夠成功的在你的linux平臺上編譯通過、或不能正常執(zhí)行。你的朋友會告訴你，你用的內(nèi)核和書里的不一致。那該怎么辦呢？
我想從兩個方面去解釋這個問題，一方面是如何寫好linux設(shè)備驅(qū)動，另一方面是如何應(yīng)對不斷升級的內(nèi)核。
如何寫好Linux設(shè)備驅(qū)動
Linux設(shè)備驅(qū)動是linux內(nèi)核的一部分，是用來封裝硬件細(xì)節(jié)，為上層提供標(biāo)準(zhǔn)接口的一種方法。為了能夠編寫出質(zhì)量比較高的驅(qū)動，要求工程師必須具備以下幾個方面的知識：
熟悉處理器的性能
如：處理器的體系結(jié)構(gòu)、匯編語言、工作模式、異常處理等此項(xiàng)對于初學(xué)者來說，重要程度：***。也就是說還不熟悉驅(qū)動編寫方法的情況下，可
以先不把重心放在這一項(xiàng)上，因?yàn)榭赡芤驗(yàn)樗目菰�、抽象而影響到你對設(shè)備驅(qū)動的興趣。
隨著你不斷的熟悉驅(qū)動的編寫，你會很自然的意識到此項(xiàng)的重要性。
掌握驅(qū)動目標(biāo)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(xiàng)的重要程度應(yīng)該不用多說了，編寫設(shè)備驅(qū)動的前提就是知道設(shè)備的操作方法。但不是說要把所有設(shè)備的操作方法都熟悉了以后才可以驅(qū)動，你只需要了解你要驅(qū)動的硬件就可以了。所有這一項(xiàng)對于初學(xué)者來說重要程度都是：*****。
掌握硬件的控制方法
如：中斷、輪詢、DMA 通常一個硬件控制器會有多種控制方法，你需要根據(jù)系統(tǒng)性能的需要合理的選擇操作方法。
此項(xiàng)對于初學(xué)者來說：重要程度：****。初學(xué)階段以實(shí)現(xiàn)功能為目的。掌握的順序應(yīng)該是，輪詢->中斷->DMA。隨著學(xué)習(xí)的深入，需要綜合考慮系統(tǒng)的性能需求，采取合適的方法。
良好的GNU C語言編程基礎(chǔ)
如:C語言的指針、結(jié)構(gòu)體、內(nèi)存操作、鏈表、隊(duì)列、棧、C和匯編混合編程等。
這些編程語法是編寫設(shè)備驅(qū)動的基礎(chǔ)。
此項(xiàng)無論對于初學(xué)者還是熟手重要程度：*****。
良好的linux操作系統(tǒng)概念
如：多進(jìn)程、多線程、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程搶占、進(jìn)程上下文、虛擬內(nèi)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(shè)備驅(qū)動的使用是linux設(shè)備驅(qū)動區(qū)別單片機(jī)編程的最大特點(diǎn)。只有理解了它們才會編寫出高質(zhì)量的驅(qū)動。
此項(xiàng)對于初學(xué)者來說：重要程度：***。開始可以以實(shí)現(xiàn)功能為目的，逐步完善自己的驅(qū)動。
掌握linux內(nèi)核中設(shè)備驅(qū)動的編寫接口
如：字符設(shè)備的cdev、塊設(shè)備的gendisk、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的net_device，以及基于這些基本接口的framebuffer設(shè)備的fb_info、mtd設(shè)備的mtd_info、tty設(shè)備的tty_driver、usb設(shè)備的usb_driver、mmc設(shè)備的mmc_host等
Linux內(nèi)核為設(shè)備驅(qū)動編寫者留下了標(biāo)準(zhǔn)的接口。驅(qū)動編寫者無需精通內(nèi)核的各個部分，只需要明確內(nèi)核留給我們的接口，并實(shí)現(xiàn)此接口就可以了。內(nèi)核流出的接口采用的是面向?qū)ο蟮乃悸�，即把目�?biāo)設(shè)備看成一個對象，通常利用一個結(jié)構(gòu)體來描述這個對象。驅(qū)動工程師的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個對象。這個結(jié)構(gòu)體中會包含設(shè)備的屬性（用變量表示）和操作方法（用函數(shù)指針表示）。如：字符設(shè)備的cdev
struct cdev {
struct kobject kobj;
struct module *owner;
const struct file_operations *ops; //操作方法結(jié)合，其它項(xiàng)都是屬性
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
此項(xiàng)對于初學(xué)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。
如何應(yīng)對不斷升級的內(nèi)核
內(nèi)核升級對驅(qū)動的影響主要體現(xiàn)在，（1）驅(qū)動接口定義的變化（2）內(nèi)核的一些功能函數(shù)的名稱、參數(shù)、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(shù)的變化（4）設(shè)備模型的影響。下面探討一下，如何應(yīng)對這幾個方面的問題：
驅(qū)動接口定義的變化
如：2.4內(nèi)核中字符設(shè)備驅(qū)動的注冊接口是
int register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)
而2.6內(nèi)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(nèi)核中網(wǎng)卡接口的net_device結(jié)構(gòu)成員和低版本的net_device結(jié)構(gòu)成員也發(fā)生了一些變化。
這種接口定義及注冊方法帶來的變化，發(fā)生的并不頻繁。解決方案是：參考內(nèi)核中的代碼。這種接口定義及注冊方法在內(nèi)核中非常容易找到，如：字符設(shè)備驅(qū)動的注冊方法及接口定義可以參照內(nèi)核driver/char/目錄下的很多實(shí)例。
內(nèi)核的一些功能函數(shù)的名稱、參數(shù)、頭文件、宏定義的變化
如：中斷注冊函數(shù)的格式及參數(shù)在2.4內(nèi)核、2.6內(nèi)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(shù)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(shù)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(yīng)）
IRQF_DISABLED、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_SHARED
當(dāng)出現(xiàn)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(jù)這些提示你可以判斷出是否是缺少頭問題、是否是函數(shù)參數(shù)定義有誤等。解決問題的最好辦法還是到你的目標(biāo)內(nèi)核中找信息。此時找問題的方法可以借助于搜索，如：你可以在新的內(nèi)核中搜索request_irq，看新內(nèi)核中的驅(qū)動是如何使用它的。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(shù)的變化
內(nèi)核中，硬件平臺相關(guān)的代碼在內(nèi)核更新過程中變化比較頻繁。和我們的設(shè)備驅(qū)動也是息息相關(guān)。所以在針對一個新內(nèi)核編寫設(shè)備驅(qū)動前，一定要熟悉你的平臺代碼的結(jié)構(gòu)。有時平臺雖然提供了內(nèi)核要求的接口函數(shù)，但使用起來功能卻并不完善。下面還是先舉個例子說明平臺代碼更新對設(shè)備驅(qū)動的影響。
如：在linux-2.6.8內(nèi)核中，調(diào)用set_irq_type(IRQ_EINT0,IRQT_FALLING);去設(shè)置S3C2410的IRQ_EINT0的中斷觸發(fā)信號類型，你會發(fā)現(xiàn)不會有什么效果。跟蹤代碼發(fā)現(xiàn)內(nèi)核的set_irq_type函數(shù)需要平臺提供一個針對硬件平臺的實(shí)現(xiàn)函數(shù)
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(nèi)核需要的實(shí)現(xiàn)函數(shù)，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實(shí)現(xiàn)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;
}
原來并沒有實(shí)現(xiàn)。而在較高版本的內(nèi)核，如2.6.26內(nèi)核中，這個函數(shù)是實(shí)現(xiàn)了的。所以你一定要小心。當(dāng)平臺函數(shù)不好用時，一定要查查原因，或者直接操作硬件寄存器來達(dá)到目的。
2.6內(nèi)核設(shè)備模型對驅(qū)動的影響
在2.6內(nèi)核中寫設(shè)備驅(qū)動和在2.4內(nèi)核中有著很大的不同，就是在設(shè)備驅(qū)動中融入了比設(shè)備驅(qū)動本身結(jié)構(gòu)還復(fù)雜，難以理解的設(shè)備模型。初學(xué)驅(qū)動時你可以不理會設(shè)備模型，但你會發(fā)現(xiàn)內(nèi)核里的驅(qū)動代碼基本上都是融入了設(shè)備模型的了。所以很多時候你不得不面對現(xiàn)實(shí)，還是要弄懂它，并且它也的注冊方法也會隨著內(nèi)核的升級而發(fā)生變化。解決此類問題的最好方法還是參考目標(biāo)內(nèi)核驅(qū)動代碼。
總結(jié)：
開始學(xué)習(xí)設(shè)備驅(qū)動時，選擇一個當(dāng)前比較流行的內(nèi)核版本和硬件平臺。不著急追趕最新潮流。這樣你可以找到的網(wǎng)絡(luò)資源會比較多，不至于有孤軍奮戰(zhàn)的感覺。我想這個過程應(yīng)該不低于1年。當(dāng)過了這個過程后，嘗試將你編寫過的驅(qū)動移植到各個目標(biāo)平臺上。上面的一些建議、和應(yīng)對方法是本人的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，僅供參考。 |
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發(fā)表于 2009-8-20 20:08:46
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發(fā)表于 2009-8-22 18:36:47
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