嵌入式驅(qū)動開發(fā)流程

技術(shù)小白

嵌入式系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)是通過各種驅(qū)動程序來駕馭硬件設備的。設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件設備之間的接口，它為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，這樣在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文件，可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，完成以下功能：
“
· 驅(qū)動程序的注冊和注銷。

· 設備的打開和釋放。

· 設備的讀寫操作。

· 設備的控制操作。

· 設備的中斷和輪詢處理。

Linux主要將設備分為三類：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備。字符設備是指發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以字符的形式進行，沒有緩沖區(qū)的設備;塊設備是指發(fā)送和接收數(shù)據(jù)以整個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的形式進行的設備;網(wǎng)絡設備是指網(wǎng)絡設備訪問的BSD socket 接口。下面以字符設備為例，寫出其驅(qū)動編寫框架：

一、 編寫驅(qū)動程序初始化函數(shù)
驅(qū)動程序的初始化在函數(shù)xxx_init()中完成，包括對硬件初始化、中斷函數(shù)、向內(nèi)核注冊驅(qū)動程序等。

首先理解硬件結(jié)構(gòu)，搞清楚其功能，接口寄存器以及CPU怎么訪問控制這些寄存器等。

其次向內(nèi)核注冊驅(qū)動程序。設備驅(qū)動程序可以直接編譯進內(nèi)核，在系統(tǒng)啟動的時候初始化，也可以在需要的時候以模塊的方式動態(tài)加載到內(nèi)核中去。每個字符設備或是塊設備都是通過register_chrdev()函數(shù)注冊，調(diào)用該函數(shù)后就可以向系統(tǒng)申請主設備號，操作成功，設備名就會出現(xiàn)在/proc/devices里。

此外，在關(guān)閉設備時，需要先解除原先設備的注冊，需要有清除函數(shù)，在xxx_exit()中通過unregister_chrdev()函數(shù)在實現(xiàn)，此后設備就會從/proc/devices里消失。

當驅(qū)動程序被編譯成模塊時，使用insmod加載模塊，模塊的初始化函數(shù)xxx_init()被調(diào)用，向內(nèi)核注冊驅(qū)動程序;使用rmmod卸載模塊，模塊的清除函數(shù)xxx_exit()被調(diào)用。

二、 構(gòu)造file_operations結(jié)構(gòu)中要用到的各個成員函數(shù)

Linux操作系統(tǒng)將所有的設備都看成文件，以操作文件的方式訪問設備。應用程序不能直接操作硬件，使用統(tǒng)一的接口函數(shù)調(diào)用硬件驅(qū)動程序，這組接口被成為系統(tǒng)調(diào)用。每個系統(tǒng)調(diào)用中都有一個與之對應的函數(shù)(open、release、read、write、ioctl等)，在字符驅(qū)動程序中，這些函數(shù)集合在一個file_operations類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。以一個鍵盤驅(qū)動程序為例：
struct file_operations Key7279_fops =
{
.open = Key7279_Open,
.ioctl = Key7279_Ioctl,
.release = Key7279_Close,
.read = Key7279_Read,
};
1、 設備的打開和釋放

打開設備是由open()函數(shù)來完成，在大部分設備驅(qū)動中open完成如下工作：
◇ 遞增計數(shù)器

◇ 檢查特定設備的特殊情況

◇ 初始化設備

◇ 識別次設備號

釋放設備由release()函數(shù)來完成。當一個進程釋放設備時，其它進程還能繼續(xù)使用該設備，只是該進程暫時停止對該設備的的使用，而當一個進程關(guān)閉設備時，其它進程必須重新打開此設備才能使用。Release完成如下工作：

◇ 遞減計數(shù)

◇ 在最后一次釋放設備操作時關(guān)閉設備

2、 設備的讀寫操作
讀寫設備的主要任務就是把內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)復制到用戶空間，或者是從用戶空間復制到內(nèi)核空間，也就是將內(nèi)核空間緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)復制到用戶空間的緩沖區(qū)中或者相反。字符設備使用各自的read()函數(shù)和write()函數(shù)來進行數(shù)據(jù)讀寫。

3、 設備的控制操作
大部分設備除了讀寫能力，還可進行超出簡單的數(shù)據(jù)傳輸之外的操作，所以設備驅(qū)動也必須具備進行各種硬件控制操作的能力. 這些操作常常通過 ioctl 方法來支持。與讀寫操作不同，ioctl()的用法與具體設備密切相關(guān)。以鍵盤Key7279_Ioctl為例：
static int Key7279_Ioctl(struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
switch(cmd)
{
case Key7279_GETKEY:
return key7279_getkey();
default:
printk("Unkown Keyboard Command ID.\n");
}
return 0;
}
cmd的取值及含義都與具體的設備有關(guān)，除了ioctl()，設備驅(qū)動程序還可能有其他控制函數(shù)，比如llseek()等。

當應用程序使用open、release等函數(shù)打開某個設備時，設備驅(qū)動程序的file_operations結(jié)構(gòu)中的相應成員就會被調(diào)用。

三、設備的中斷和輪詢處理

對于不支持中斷的設備，讀寫時需要輪詢設備狀態(tài)，以及是否需要繼續(xù)進行數(shù)據(jù)傳輸。例如，打印機。如果設備支持中斷，則可按照中斷方式進行。

模塊在使用中斷前要先請求一個中斷通道(或者 IRQ中斷請求)，并在使用后釋放它。通過request_irq()函數(shù)來注冊中斷，free_irq()函數(shù)來釋放。

四、驅(qū)動程序的測試
對驅(qū)動程序的調(diào)試可以通過打印的方式來進行，就是通過在驅(qū)動程序中添加printk()打印函數(shù)，來跟蹤驅(qū)動程序的執(zhí)行過程，以此來判斷問題。

以上是我根據(jù)自己的學習總結(jié)的，可能寫的比較簡單，對于比較復雜的驅(qū)動函數(shù)，會添加更多的函數(shù)，但是大體的框架就是這樣了。

基于操作系統(tǒng)的驅(qū)動就是在無操作系統(tǒng)下的硬件接口函數(shù)加上操作系統(tǒng)外套

實現(xiàn)一個嵌入式Linux設備驅(qū)動程序的大致流程如下:

(l)查看原理圖，理解設備的工作原理。

(2)定義主設備號。設備由一個主設備號和一個次設備號來標識。主設備號唯一標識了設

備類型，即設備驅(qū)動程序類型，它是塊設備表或字符設備表中設備表項的索引。次設備號僅

由設備驅(qū)動程序解釋，區(qū)分被一個設備驅(qū)動控制下的某個獨立的設備。

(3)實現(xiàn)初始化函數(shù)。在驅(qū)動程序中實現(xiàn)驅(qū)動的注冊和卸載。

(4)設計所要實現(xiàn)的文件操作，定義file--operations結(jié)構(gòu)。

(5)實現(xiàn)所需的文件操作調(diào)用，如read，write等。

(6)實現(xiàn)中斷服務，并用request--irq向內(nèi)核注冊，中斷并不是每個設備驅(qū)動所必需的。

(7)編譯該驅(qū)動程序到內(nèi)核中，或者用insmod命令加載模塊。

(8)測試該設備，編寫應用程序，對驅(qū)動程序進行測試。

典型字符設備驅(qū)動編寫框架：

1 編寫硬件接口函數(shù)

2 建立文件系統(tǒng)與設備驅(qū)動程序間的接口，如：struct file_operations結(jié)構(gòu)體

3 注冊設備到chrdevfs全局數(shù)組中，注冊或注銷設備可以在任何時候，但一般在模塊加載時注冊設備，在模塊退出時注銷設備。(module_init();module_exit();)

4 以模塊方式編譯驅(qū)動源碼，并將其加載到內(nèi)核中

5 創(chuàng)建設備節(jié)點，mknode

6 編寫應用程序訪問底層設備

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