Linux设备驱动程序设计完全教程

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《Linux设备驱动开发》PDF课件

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释放
资可得源获内空核间
华清远见
v 两个半部
中断
v 机制
Ø
tasklet 工作队列
1 /*定义tasklet和底半部函数并关联*/ 2 void xxx_do_tasklet(unsigned long); 3 DECLARE_TASKLET(xxx_tasklet, xxx_do_tasklet, 0);4 5 /*中断处理底半部*/ 6 void xxx_do_tasklet(unsigned long) 7 {... 9 } 11 /*中断处理顶半部*/ 12 irqreturn_t xxx_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs) 13 { 15 16 ...} ... tasklet_schedule(&xxx_tasklet);
驱中立设的口动独于备接硬件驱中硬操动的件作串口 LD E FA LS H 硬件
non-os驱动与应用
on-os驱动与应用
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华清远见
并发和竞态
l 并发和竞态：
Ø 对称多处理器（SMP）的多个CPU Ø 单CPU内进程与抢占它的进程 Ø 中断（硬中断、软中断、Tasklet、底半部）与进程之间
v v
v v
v
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Linux设备驱动的现状
v 高驱动的需求

linux驱动开发（一）

linux驱动开发（⼀）1：驱动开发环境要进⾏linux驱动开发我们⾸先要有linux内核的源码树，并且这个linux内核的源码树要和开发板中的内核源码树要⼀直；⽐如说我们开发板中⽤的是linux kernel内核版本为2.6.35.7，在我们ubuntu虚拟机上必须要有同样版本的源码树，我们再编译好驱动的的时候，使⽤modinfo XXX命令会打印出⼀个版本号，这个版本号是与使⽤的源码树版本有关，如果开发板中源码树中版本与modinfo的版本信息不⼀致使⽆法安装驱动的；我们开发板必须设置好nfs挂载；这些在根⽂件系统⼀章有详细的介绍；2：开发驱动常⽤的⼏个命令lsmod ：list moduel 把我们机器上所有的驱动打印出来，insmod：安装驱动rmmod：删除驱动modinfo：打印驱动信息3：写linux驱动⽂件和裸机程序有很⼤的不同，虽然都是操作硬件设备，但是由于写裸机程序的时候是我们直接写代码操作硬件设备，这只有⼀个层次；⽽我们写驱动程序⾸先要让linux内核通过⼀定的接⼝对接，并且要在linux内核注册，应⽤程序还要通过内核跟应⽤程序的接⼝相关api来对接；4：驱动的编译模式是固定的，以后编译驱动的就是就按照这个模式来套即可，下⾯我们来分下⼀下驱动的编译规则：#ubuntu的内核源码树，如果要编译在ubuntu中安装的模块就打开这2个#KERN_VER = $(shell uname -r)#KERN_DIR = /lib/modules/$(KERN_VER)/build# 开发板的linux内核的源码树⽬录KERN_DIR = /root/driver/kernelobj-m += module_test.oall:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modulescp:cp *.ko /root/porting_x210/rootfs/rootfs/driver_test.PHONY: cleanclean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanmake -C $(KERN_DIR) M=`PWD` modules这句话代码的作⽤就是到 KERN_DIR这个⽂件夹中 make modules把当前⽬录赋值给M，M作为参数传到主⽬录的Makefile中，实际上是主⽬录的makefile中有⽬标modules，下⾯有⼀定的规则来编译驱动；#KERN_VER = $(shell uname -r)#KERN_DIR = /lib/modules/$(KERN_VER)/build我们在ubuntu中编译内核的时候⽤这两句代码，因为在ubuntu中为我们保留了⼀份linux内核的源码树，我们编译的时候直接调⽤那个源码树的主Makefile以及⼀些头⽂件、内核函数等；了解规则以后，我们设置好KERN_DIR、obj-m这两个变量以后直接make就可以了；经过编译会得到下⾯⼀些⽂件：下⾯我们可以使⽤lsmod命令来看⼀下我们ubuntu机器现有的⼀些驱动可以看到有很多的驱动，下⾯我们使⽤insmod XXX命令来安装驱动，在使⽤lsmod命令看⼀下实验现象可以看到我们刚才安装的驱动放在了第⼀个位置；使⽤modinfo来打印⼀下驱动信息modinfo xxx.ko这⾥注意vermagic 这个的1.8.0-41是你⽤的linux内核源码树的版本号，只有这个编译的版本号与运⾏的linux内核版本⼀致的时候，驱动程序才会被安装注意license：GPL linux内核开元项⽬的许可证⼀般都是GPL这⾥尽量设置为GPL，否则有些情况下会出现错误；下⾯使⽤rmmod xxx删除驱动；-------------------------------------------------------------------------------------5：下⾯我们分析⼀下驱动。

嵌入式Linux驱动开发教程PDF

嵌入式Linux驱动开发教程PDF嵌入式Linux驱动开发教程是一本非常重要和实用的教材，它主要介绍了如何在Linux操作系统上开发嵌入式硬件设备的驱动程序。

嵌入式系统是指将计算机系统集成到其他设备或系统中的特定应用领域中。

嵌入式设备的驱动程序是连接操作系统和硬件设备的关键接口，所以对于嵌入式Linux驱动开发的学习和理解非常重要。

嵌入式Linux驱动开发教程通常包括以下几个主要的内容：1. Linux驱动程序的基础知识：介绍了Linux设备模型、Linux内核模块、字符设备驱动、块设备驱动等基本概念和原理。

2. Linux驱动编程的基本步骤：讲解了如何编译和加载Linux内核模块，以及编写和注册设备驱动程序所需的基本代码。

3. 设备驱动的数据传输和操作：阐述了如何通过驱动程序与硬件设备进行数据的传输和操作，包括读写寄存器、中断处理以及与其他设备的通信等。

4. 设备驱动的调试和测试：介绍了常用的驱动调试和测试技术，包括使用调试器进行驱动程序的调试、使用模拟器进行驱动程序的测试、使用硬件调试工具进行硬件和驱动的联合调试等。

通常，嵌入式Linux驱动开发教程的PDF版本会提供示例代码、实验步骤和详细的说明，以帮助读者更好地理解和掌握嵌入式Linux驱动开发的核心技术和要点。

读者可以通过跟随教程中的示例代码进行实际操作和实验，深入了解和体验嵌入式Linux驱动开发的过程和方法。

总之，嵌入式Linux驱动开发教程是一本非常重要和实用的教材，对于想要在嵌入式领域从事驱动开发工作的人员来说，具有非常重要的指导作用。

通过学习嵌入式Linux驱动开发教程，读者可以系统地了解和学习嵌入式Linux驱动开发的基本原理和技术，提高自己在嵌入式Linux驱动开发方面的能力和水平。

LINUX设备驱动程序(4)

协议简介
对于网络的正式介绍一般都采用 OSI （Open Systems Interconnection）模型，但是Linux 中网络栈的介绍一般分为四层的 Internet 模型。
协议栈层次对比
OSI七层网络模型应用层表示层会话层传输层网络层
数据链路层物理层
Linux TCP/IP 四层概念模型
网络协议
网络协议层用于实现各种具体的网络协议，如： TCP、UDP 等。
设备无关接口
设备无关接口将协议与各种网络设备驱动连接在一起。这一层提供一组通用函数供底层网络设备驱动程序使用，让它们可以对高层协议栈进行操作。
首先，设备驱动程序可能会通过调用 register_netdevice 或 unregister_netdevice 在内核中进行注册或注销。调用者首先填写 net_device 结构，然后传递这个结构进行注册。内核调用它的 init 函数（如果定义了这种函数），然后执行一组健全性检查，并将新设备添加到设备列表中（内核中的活动设备链表）。
驱动程序
网络栈底部是负责管理物理网络设备的设备驱动程序。
第二节网卡驱动程序设计
设备注册
设备描述：
每个网络接口都由一个 net_device结构来描述
注册：网络接口驱动的注册方式与字符驱动不同之处在于它没有主次设备号，并使用如下函数注册。
int register_netdev(struct net_device *dev）
Linux网络子系统架构
Linux协议架构
Linux 网络子系统的顶部是系统调用接口。它为用户空间的应用程序提供了一种访问内核网络子系统的方法。位于其下面的是一个协议无关层，它提供了一种通用方法来使用传输层协议。然后是具体协议的实现，在 Linux 中包括内嵌的协议 TCP、 UDP，当然还有 IP。然后是设备无关层，它提供了协议与设备驱动通信的通用接口，最下面是设备驱动程序。

如何在Linux系统中安装驱动程序

如何在Linux系统中安装驱动程序Linux系统作为一个开源的操作系统，广泛应用于各种设备和领域。

而安装驱动程序是在Linux系统中使用外部硬件设备的关键步骤之一。

在本文中，我们将学习如何在Linux系统中安装驱动程序的方法和步骤。

1. 检查硬件设备在安装驱动程序之前，首先需要确定硬件设备的型号和制造商。

可以通过查询设备的型号或者查看设备的相关文档来获取这些信息。

这是非常重要的，因为不同的设备可能需要不同的驱动程序来正确地工作。

2. 更新系统在安装驱动程序之前，确保你的Linux系统已经是最新的状态。

可以通过在终端中运行以下命令来更新系统：```sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade```更新系统可以确保你拥有最新的软件包和驱动程序，以获得更好的兼容性和性能。

3. 查找合适的驱动程序一般来说，大部分硬件设备的驱动程序都可以在Linux系统的软件仓库中找到。

可以通过使用包管理器（如apt、yum等）来查找并安装合适的驱动程序。

运行以下命令来搜索并安装特定的驱动程序：```sudo apt-cache search 驱动程序名称sudo apt-get install 驱动程序名称```注意替换“驱动程序名称”为具体的驱动程序名称。

安装驱动程序可能需要输入管理员密码和确认安装。

如果你无法在软件仓库中找到合适的驱动程序，可以转向设备的制造商网站或者开源社区来获取。

下载驱动程序后，根据驱动程序提供的文档和说明来安装。

4. 编译和安装驱动程序有些驱动程序可能需要手动编译和安装。

在这种情况下，你需要确保你的系统已经安装了编译工具（如GCC、make等）。

在终端中切换到驱动程序所在的目录，并按照以下步骤进行编译和安装：```./configuremakesudo make install```以上命令将分别进行配置、编译和安装驱动程序。

在进行安装之前，可能需要输入一些配置选项或者确认安装。

一、如何编写LinuxPCI驱动程序

⼀、如何编写LinuxPCI驱动程序PCI的世界是⼴阔的，充满了(⼤部分令⼈不快的)惊喜。

由于每个CPU体系结构实现不同的芯⽚集，并且PCI设备有不同的需求(“特性”)，因此Linux内核中的PCI⽀持并不像⼈们希望的那么简单。

这篇简短的⽂章介绍⽤于PCI设备驱动程序的Linux APIs。

1.1 PCI驱动程序结构PCI驱动程序通过pci_register_driver()在系统中"发现"PCI设备。

事实上，恰恰相反。

当PCI通⽤代码发现⼀个新设备时，具有匹配“描述”的驱动程序将被通知。

详情如下。

pci_register_driver()将设备的⼤部分探测留给PCI层，并⽀持在线插⼊/删除设备[因此在单个驱动程序中⽀持热插拔PCI、CardBus和Express-Card]。

pci_register_driver()调⽤需要传⼊⼀个函数指针表，从⽽指⽰驱动程序的更⾼⼀级结构体。

⼀旦驱动程序知道了⼀个PCI设备并获得了所有权，驱动程序通常需要执⾏以下初始化:启⽤设备请求MMIO / IOP资源设置DMA掩码⼤⼩(⽤于⼀致性DMA和流式DMA)分配和初始化共享控制数据(pci_allocate_coherent())访问设备配置空间(如果需要)注册IRQ处理程序(request_irq())初始化non-PCI(即LAN/SCSI/等芯⽚部分)启⽤DMA /处理引擎当使⽤设备完成时，可能需要卸载模块，驱动程序需要采取以下步骤:禁⽌设备产⽣irq释放IRQ (free_irq())停⽌所有DMA活动释放DMA缓冲区(包括流式DMA和⼀致性DMA)从其他⼦系统注销(例如scsi或netdev)释放MMIO / IOP资源禁⽤该设备下⾯⼏节将介绍这些主题中的⼤部分。

其余部分请查看LDD3或<linux/pci.h>。

如果PCI⼦系统没有配置(没有设置CONFIG_PCI)，下⾯描述的⼤多数PCI函数都被定义为内联函数，要么完全空，要么只是返回⼀个适当的错误代码，以避免在驱动程序中出现⼤量ifdefs。

Linux中设备驱动程序的编写

中图分类号：Ｐ１．９Ｔ３６８
Ｌｎｘ作为源代码开放、定、ｉｕ稳网络功能强大的免费系统，经越来越广泛应用于各个领域。已Ｌｎｘ系统是从Ｕｎｘ系统演变而来，ｉｕｉ故其驱动程序的设计思想和Ｕｎｘ系统驱动程序相似。当前，ｉ还有相当一部分特殊设备在Ｌｎｘ系统中找不到驱动ｉｕ
１Ｌｎｘ中的设备ｉｕ
‘ １１设备文件．
化。这部分驱动程序仅在初始化的时候调用一次。
（）２服务于ＩＯ请求的子程序／
调用这部分是由于系统调用的结果。这部分程
每个设备用 “ 备文件 ” 代表，有对硬件设设来所
２Ｌｎｘ中的设备驱动程序的编写ｉｕ
２１Ｌｎｘ下设备驱动程序的基本结构．ｉｕ
对用户程序而言，备驱动程序隐藏了设备的设具体细节，对各种不同设备提供了一致的接口。一般设备驱动程序可以分为三个主要组成部分：（）１自动配置和初始化子程序自动配置和初始化子程序常在相应的ｄｉｅ— ｒｒｖｉｉ）ｎｔ中实现，（负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和是否能正常工作。如果该设备正常，则对这个设备及其相关的设备驱动程序需要的状态进行初始
文件和字符设备文件。通过块（符）备文件存取字设的设备称为块（字符）设备。１３设备号的表示．设备由一个主设备号和一个次设备号标识。主

嵌入式linux驱动开发流程

当应用程序使用open、release等函数打开某个设备时，设备驱动程序的file_operations结构中的相应成员就会被调用。
三、设备的中断和轮询处理
对于不支持中断的设备，读写时需要轮询设备状态，以及是否需要继续进行数据传输。例如，打印机。如果设备支持中断，则可按照中断方式进行。
struct file_operations Key7279_fops =
{
.open = Key7279_Open,
.ioctl = Key7279_Ioctl,
.release = Key7279_Close,
.read = Key7279_Read,
};
1、设备的打开和释放
模块在使用中断前要先请求一个中断通道(或者 IRQ中断请求)，并在使用后释放它。通过request_irq()函数来注册中断，free_irq()函数来释放。
四、驱动程序的测试
对驱动程序的调试可以通过打印的方式来进行，就是通过在驱动程序中添加printk()打印函数，来跟踪驱动程序的执行过程，以此来判断问题。
◇ 设备的打开和释放。
ห้องสมุดไป่ตู้◇ 设备的读写操作。
◇ 设备的控制操作。
◇ 设备的中断和轮询处理。
Linux主要将设备分为三类：字符设备、块设备和网络设备。字符设备是指发送和接收数据以字符的形式进行，没有缓冲区的设备；块设备是指发送和接收数据以整个数据缓冲区的形式进行的设备；网络设备是指网络设备访问的BSD socket 接口。下面以字符设备为例，写出其驱动编写框架：
二、构造file_operations结构中要用到的各个成员函数
Linux操作系统将所有的设备都看成文件，以操作文件的方式访问设备。应用程序不能直接操作硬件，使用统一的接口函数调用硬件驱动程序，这组接口被成为系统调用。每个系统调用中都有一个与之对应的函数（open、release、read、write、ioctl等），在字符驱动程序中，这些函数集合在一个file_operations类型的数据结构中。以一个键盘驱动程序为例：

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3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

（unregister_chrdev(dev_Major, “module_name”, * fs )）
• 用户程序调用
– Open(“/dev/module_name”, mode) ;O_RDWR – Ioctl() – Write() – Read() – Close()
– 动态获取主设备号 – Linux下对设备号的分配请参考Documentation/devices.txt
• 设备文件
– Linux使用设备文件来统一对设备的访问接口，将设备文件放在 /dev/目录下
– 设备的命名一般为设备文件名+数字或者字母表示的子类，例如 /dev/hda1, /dev/hda2等
– 通常是指诸如磁盘、内存、Flash等可以容纳文件系统的存储设备。 – 块设备也是通过文件系统来访问，与字符设备的区别是：内核管理数
据的方式不同 – 它允许象字符设备一样以字节流的方式来访问，也可一次传递任意多
的字节。
• 网络接口设备
– 通常它指的是硬件设备，但有时也可能是一个软件设备(如回环接口 loopback)，它们由内核中网络子系统驱动，负责发送和接收数据包。
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基本概念
• 设备驱动程序接口（ struct file_operations ）
– 通常所说的设备驱动程序接口是指struct file_operations{ }，它的定义位于include/linux/fs.h中。
– 在嵌入式系统的开发中，通常只要实现如下几个接口函数就能完成系统所需要的功能
Linux设备驱动程序设计
Linux 设备驱动程序设计
郗闽军牛建伟
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实验目的 • 学习Linux下进行驱动程序设计的原理 • 掌握Linux设备驱动程序开发的基本过程和设计方
法
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实验内容
• 内核驱动设计入门－模块方式驱动程序（5.1） • 内核驱动设计实验－触摸屏驱动（5.2）
• struct dentry* f_dentry
文件对应的目录项结构
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基本概念
• 设备驱动程序接口( struct file_operations), 标记化方法： static struct file_operations demo_fops = { owner: THIS_MODULE, write: demo_write, read: demo_read, ioctl: demo_ioctl, open: demo_open, release: demo_release, };
Linux的设备驱动程序
• 硬件设备与应用程序之间的一个中间软件层 • 它使得某个特定硬件能够响应一个定义良好的内
部编程接口，同时完全隐蔽了设备的工作细节 • 用户通过一组与具体设备无关的标准化的调用来
完成相应的操作 • 驱动程序的任务就是把这些标准化的系统调用映
射到具体设备对于实际硬件的特定操作上 • 驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、DMA
等操作 • 驱动程序在用户态和内核态之间传递数据
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设备驱动程序的分类
• 字符设备
– 所有能够象字节流一样访问的设备都通过字符设备来实现 – 它们被映射为文件系统中的节点，通常在/dev/目录下面 – 一般要包含open read write close等系统调用的实现
• 块设备
基本概念
• 驱动程序使用的2个重要结构
– struct file – struct file_operations
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基本概念
• struct file
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基本概念
• struct file数据结构
– 定义位于include/fs.h
– struct file结构与驱动相关的成员
• mode_t f_mode 标识文件的读写权限
• loff_t f_pos
当前读写位置
• unsigned int_f_flag 文件标志，主要进行阻塞/非阻塞型操作时检查
• struct file_operation * f_op 文件操作的结构指针
• void * private_data 驱动程序一般将它指向已经分配的数据
– 它们的数据传送往往不是面向流的，因此很难将它们映射到一个文件系统的节点上。
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基本概念
• 主设备号和次设备号
– 主设备号和次设备号能够唯一地标识一个设备
• 128（V2.0以前), 256(V2.0以后)
– 主设备号相同的设备使用相同的驱动程序，次设备号用于区分具体设备的实例
• 驱动程序注册过程（动态分配主设备号）
– insmod module_name ;加载驱动程序，运行init函数 (register_chrdev(dev_Major, “module_name”, * fs ))
– 查看/proc/devices – mknod /dev/module_name c/b 主设备号次设备号 – rmmod module_name ;卸载驱动，运行 exit函数
– 写一个简单的应用程序，显示触摸位置的坐标（x,y）
• 开发一个LED（数码管）驱动程序，并编写一个应用程序对所开发的驱动程序进行测试（大作业）
– 实验实现的功能是上电复位后，数码管显示数字0-7，然后每一个数字依次闪烁一次，小数点也要点亮，即： 0.1.2.3.4.5.6.7.
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• init
加载驱动程序时，内核自动调用
• read
从设备中读取数据
• write
向字符设备中写数据
• ioctl
控制设备，实现除读写操作以外的其他控制命令
• open
打开设备并进行初始化
• release
关闭设备并释放资源
• exit
卸载驱动程序时，内核自动调用
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基本概念
– Linux 2.4以后引入了设备文件系统（devfs）的概念，所有的设备文件作为一个可以挂装的文件系统，这样就可以被文件系统统一管理，从而设备文件就可以挂装到任何需要的地方。一般将主设 /dev/mtdblock0
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