《基于Linux的驱动开发》PDF课件
《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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华清远见
Linux设备驱动的现状
v 高驱动的需求
最新Linux设备驱动开发ppt课件
struct file_operations { struct module *owner; ssize_t(*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t(*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 。。。
Linux设备驱动
Linux下设备的属性
设备的类型：字符设备、块设备、网络设备 主设备号：标识设备对应的驱动程序。一般“一个
主设备号对应一个驱动程序” 次设备号：每个驱动程序负责管理它所驱动的几个
硬件实例，这些硬件实例则由次设备号来表示。同 一驱动下的实例编号，用于确定设备文件所指的设 备。 可通过ls –l “设备文件名”命令查看设备的主次设 备号，以及设备的类型。
Gcc的语法扩展，使得可以定义该结构体： struct file_operations fops = {
read: device_read, write: device_write, open: device_open, release: device_release };
没有显示声明的结构体成员都被gcc初始化为NULL。
设备驱动概述
设备由两部分组成，一个是被称为控制器的电器部分， 另一个是机械部分。
一组寄存器组被赋予到各个控制器。I/O端口包含4组寄 存器，即状态寄存器，控制寄存器，数据输入寄存器， 数据输出寄存器。
状态寄存器拥有可以被CPU读取的(状态)位，用来 指示当前命 令是否执行完毕，或者字节是否可以被读出或写入，以及任何 错误提示。
linux设备驱动程序开发课件(PPT 81页)
ARM及Thumb指令集
TM
19
19
驱动程序中涉及的几个概念
设备驱动程序的设备号和入口点
Linux 系统通过设备号来区分不同设备。设备号由两部分组 成：主设备号和次设备号。
主设备号标识设备对应的驱动程序。系统中不同的设备可以 有相同的主设备号，主设备号相同的设备使用相同的驱动程 序。
次设备号用来区分具体驱动程序的实例。一个主设备号可能 有多个设备与之对应，这多个设备正是在驱动程序内通过次 设备号来进一步区分的。次设备号只能由设备驱动程序使用 ，内核的其他部分仅将它作为参数传递给驱动程序。
两个数字对应 主设备号和次 设备号
TM
21
21
ARM及Thumb指令集
在/proc/devices 中列出了系统中处 于活动状态设备的 主设备号
TM
22
22
dev_t类型
dev_t类型
内核用dev_t类型来保存设备编号，dev_t是个32位的数，12位 表示主设备号，20为表示次设备号。在实际使用中，是通过中 定义的宏来转换格式。
在/proc/devices 中列出了系统中处于活动状态设备的主设备 号，所谓的活动状态是指与该设备对应的设备驱动已经被系 统内核装载。
ARM及Thumb指令集
TM
20
20
字符为c表示字 符设备,为b表 示块设备
ARM及Thumb指令集
/dev/
对于现有Linux 操作 系统，/dev 目录是必不 可少的，这个目录包含 了所有Linux 系统所知 道的字符设备，块设备 和网络设备
读取应用程序传送给设备文件的数据或者回送应用程序请求 的数据；
检测和处理设备出现的错误。
ARM及Thumb指令集
嵌入式Linux驱动程序开发PPT课件
• 查询环节
– 寻址状态口 – 读取状态寄存器的标志位 – 若不就绪就继续查询，直至就绪
• 传送环节
– 寻址数据口 – 是输入，通过输入指令从数据口读入数据 – 是输出，通过输出指令向数据口输出数据
输入状态
N 就绪？ Y 数据交换
第10页/共32页
8D
输入
锁存器
设备
+5V
D RQ
-STB
8位 三态 缓冲器
•服务结束后，又返回原 来的断点，继续执行原 来的程序
主程序
中断服务程序 入口
中断请求
程序 断点
提 供 服 务
为 外 设
继
续
执 返回断点
行
第13页/共32页
中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：在每条指令 的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚
• I/O处理机——CPU委托专门的I/O处理机来管理 外设，完成传送和相应的数据处理
第1页/共32页
1、 无条件传送方式及其接口
• 在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为 它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据 传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步 传送
• 适合于简单设备，如LED 数码管、按键/按纽等 • 无条件传送的接口和操作均十分简单 • 这种传送有前提：外设必须随时处于就绪状态
• CPU出让系统总线（输出高阻），由DMA控制器 （DMAC）接管系统总线
第17页/共32页
传送过程： ⑴ CPU对DMA控制器进行初始化设置 ⑵ 外设、DMAC、CPU， 3者通过应答信号建立联系：CPU将总线暂交
linux驱动21页PPT
设备文件和设备驱动
设备文件和设备驱动
设备文件是文件系统上的一个 节点，是一种特殊的文件，叫 做设备文件。每个设备文件在 用户空间代表了一个设备。
设备文件一般存在/dev目录下， 用mknod命令创建。
/proc/ioports：查看设备的IO端口。 /proc/interrupts：查看正在使用的中断号。
构造和运行模块
Kernel Module的特点
模块只是预先注册自己以便服务于将来的某个请求，然后就立即 结束。
模块可以是实现驱动程序，文件系统，或者其他功能。 加载模块后，模块运行在内核空间，和内核链接为一体。
#include <linux/module.h>
int init_module(void) {
printk("<1>Hello, world\n"); return 0; } void cleanup_module(void) { printk("<1>Goodbye world\n"); }
简单的内核模块例子(2)
SUMMER TEMPLATE
linux驱动
Linux Kernel 系统架构图
设备驱动程序简介
驱动程序的特点
是应用和硬件设备之间的一个软件层 。
这个软件层一般在内核中实现
设备驱动程序的作用在于提供机制，而不是提供策略， 编写访问硬件的内核代码时不要给用户强加任何策略
○ 机制：驱动程序能实现什么功能。
1version>/modules.dep文件，其中<kernel version>
Linux设备驱动程序课件(PPT 62页)
驱动程序中的内存分配
在Linux内核模式下，不能使用用户态的malloc() 和free()函数申请和释放内存。
内核编程最常用的内存申请和释放函数为 kmalloc()和kfree()，其原型为：
Linux设备驱动
广州嵌入式软件公共技术支持中心 梁老师
2007年07月
设备驱动概述
操作系统是通过各种驱动程序来驾驭硬件设备，它为 用户屏蔽了各种各样的设备,硬件设备的抽象。
设备驱动程序:处理和管理硬件控制器的软件。 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口。
设备驱动概述
设备由两部分组成，一个是被称为控制器的电器部分， 另一个是机械部分。
设备驱动概述
Linux操作系统把设备纳入文件系统的范畴来管理。 文件操作是对设备操作的组织和抽象。设备操作则是
对文件操作的最终实现。 每个设备都对应一个文件名，在内核中也就对应一个
索引节点。 对文件操作的系统调用大都适用于设备文件。 从应用程序的角度看，设备文件逻辑上的空间是一个
一些重要的数据结构
文件操作结构体file_operations
结构体file_operations在头文件 linux/fs.h中定义， 用来存储驱动内核模块提供的对设备进行各种操作 的函数的指针。
结构体的每个域都对应着驱动模块用来处理某个被 请求的事务的函数的地址。
struct file_operations { struct module *owner; loff_t(*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t(*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); ssize_t(*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 。。。
《嵌入式Linux的USB驱动程序开发》PDF课件
The success's road嵌入式Linux下的USB驱动开发华清远见今天的内容1. Linux内核对USB规范的支持 2. USB主机驱动程序 3. USB设备驱动程序 4. USB HUB驱动程序 5. OHCI HCD华清远见Linux对USB规范的支持v USB-通用串行总线是目前使用最广泛的外部总线 v USB是采用单一的主从设备通信模式。
总 线上的唯一的主机负责轮询设备并发动各 种传送，因此实现简单，成本相对低廉 v USB从拓扑上讲类似于主机同外设之间点 对点连接，设备连接汇集于集线器上 v USB最新的规范是USB2.0版本，定义了 三种传输速率Ø Low speed Ø Full speed Ø High speed —— —— —— 1.5Mbps 12Mbps 480Mbps华清远见USB规范简介和 NEC)组成的联盟开始制定 USB 协议。
该协议最初的目 的是将 PC 与电话相连并提供容易扩展和重新配置的 I/O 接口。
1996年 1月，发表了 USB 规范的第一个版本，1998 年 9月发表了后续版本(版本 1.1)。
这个规范允许 127台设 备同时连接到一起，总的通信带宽限制为 12 Mbps。
后 来，又有三个成员(Hewlett-Packard、Lucent 和 Philips)加 入了这个联盟。
2000年 4月，发表了 USB 规范的 2.0版 本，它支持高达 480 Mbps 的传输率。
v USB总线特点Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø 易用，用来作设备扩展非常方便 廉价，并可以支持很高的传输速率 支持实时应用，如音视频传输 协议灵活，可以支持同步和异步数据的混合传输 容易集成到各种主机和常用设备当中 为各种不同设备提供统一的标准接口 提供了动态增删设备及热插拔能力v 1994年，一个由四个行业伙伴(Compaq、Intel、Microsoft华清远见USB设备基本概念v USB规范中规定的标准概念由Linus USBcore来实现处理 v 端点endpointsØ 端点是USB总线传输最基本的概念，一个端点可以单 方向传输数据。
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远见品质
Linux内核与C代码
v Linux内核庞大，结构复杂
Ø 对Linux 2.4内核的统计：1万个文件，4百万行代码 Ø 对Linux 2.6内核的统计：1.5万个文件，6百万行代码
v Linux内核的主体使用GNU C，在ANSI C
上进行了扩充
Ø Linux内核必须由gcc编译编译 Ø gcc和Linux内核版本并行发展，对于版本的依赖性强 Ø Linux 2.6内核建议使用gcc 3.3以上版本，C99编程风格
v 内核代码中使用的一些编程技巧，在通常
的应用程序中很少遇到
v 学好Linux、首先要学好C语言
《基于Ｌｉｎｕｘ的驱动开发》ＰＤＦ课件
远见品质
linux 2.4 的内核目录结构
/arch /arch /drivers /drivers /kernel /kernel /lib /lib /boot /boot
/arm /arm
/alpha /alpha
/m68k /m68k /kernel /kernel /lib /mm /lib /mm
/mach-s3c2410 /mach-s3c2410
/Documentation /Documentation /ipc /ipc /fs /fs Linux2.4.x Linux2.4.x /include /include /mm /mm /init /init /net /net /scripts /scripts /asm-arm /asm-arm /arch-s3c2410 /arch-s3c2410 /linux /linux /proc-armv /proc-armv /net /net
《基于Ｌｉｎｕｘ的驱动开发》ＰＤＦ课件
远见品质
Linux的驱动程序
v Linux下对外设的访问只能通过驱动程序。
uClinux下可以
在应用层直接访问外设，操作寄存器口，但是无法处理中 断、DMA、抢占、原子操作等——不推荐使用 统的驱动程序： Ø Open、Release、read、write、ioctl…
v Linux对于驱动程序有统一的接口，以文件的形式定义系
v 驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、DMA等操作 v 驱动程序需要在用户态和内核态之间传递数据 v 对于复杂的应用可以考虑是用mmap
《基于Ｌｉｎｕｘ的驱动开发》ＰＤＦ课件
远见品质
什么是MMU （Memory management unit）
远见品质
Linux下设备和模块的分类
按照上述系统内核的功能，Linux中 把系统的设备定义成如下三类： v 字符设备 v 块设备 v 网络设备
远见品质
Linux下的设备
v Linux的设备以文件的形式存在于/dev目录下 v 设备文件是特殊文件，使用ls /dev -l命令可以看到： crw------- 1 root root 10, 7 Aug 31 2002 amigamouse1 crw------- 1 root root 10, 134 Aug 31 2002 apm_bios brw-rw---- 1 root disk 29, 0 Aug 31 2002 aztcd
远见品质
主设备号和次设备号
v 主设备号标识设备对应的驱动程序 v 一个驱动程序可以控制若干个设备，次设备号提供了一种区分
它们的方法 v 系统增加一个驱动程序就要赋予它一个主设备号。
这一赋值过 程在驱动程序的初始化过程中
int register_chrdev(unsigned int major, const char*name,struct file_operations *fops);
远见品质
使用devfs
v 在Linux 2.4的内核里引入了devfs来
解决 linux下设备文件管理的问题 v 在驱动程序中通过devfs_register()函 数创建设备文件系统的节点 v 系统启动的时候mount设备文件系统
v 所有需要的设备节点都由内核自动
管理。
/dev目录下只有挂载的设备
远见品质
Linux 2.6内核与devfs
v Linux 2.6内核引入了sysfs文件系统为每个系统
的硬件树进行分级处理
v Devfs在Linux 2.6中被标记为舍弃的特性（在
Linux 2.6.15及以后的版本则取消了对它的支 持 ），而使用udev。
Ø 维护动态设备 Ø 从sysfs获得的信息，可以提供对特定设备的固定设备 名。
对于热插拔的设备，这尤其重要 Ø udev 是在用户空间的脚本文件，这很容易被编辑和修改 Ø 可以代替hotplug脚本
v 为了保证旧应用程序的兼容性，在嵌入式系统
中，是用devfs还是一个好方法。
即使在Linux 2.6.15内核以后，也可以通过ndevfs（nano devfs）补丁提供对devfs特性的兼容。
远见品质
在Linux 2.6内核中使用udev
v 建议，在2.6.15以后的版本中使用udev v 使用ramfs作为udev的载体
Ø mount –t ramfs none /dev
v udev使用的规则集位于/etc/udev/* v udev的官方地址：
/pub/linux/utils/ker nel/hotplug/udev.html
v 参考文章：Writing udev rules
远见品质
设备驱动程序的使用与测试 方法
v 应用层使用open、close、read、
write系统调用——需要编写应用程 序
v 使用系统命令可以进行最基本的测
试：
Ø cat /dev/urandom Ø echo /dev/urandom > /dev/fb0 Ø dd if=/dev/touchscreen of=/var/tmp/test bs=16 count=100
远见品质
一个简单的Linux驱动程序 原理
远见品质
Linux驱动程序加载方式
v 驱动程序直接编译入内核
Ø 驱动程序在内核启动时就已经在内存中 Ø 可以保留专用存储器空间
v 驱动程序以模块形式存储在文件系
统里，需要时动态载入内核
Ø 驱动程序按需加载，不用时节省内存 Ø 驱动程序相对独立于内核，升级灵活
远见品质
Linux驱动程序模块加载
远见品质
嵌入式Linux下常见的文件 系统
v RomFS：只读文件系统，可以放在ROM空间，也可以在系统的 v v v v v
RAM中，嵌入式linux中常用来作根文件系统 RamFS：利用VFS自身结构而形成的内存文件系统，使用系统的 RAM空间 JFFS/JFFS2：为Flash设计的日志文件系统 Yaffs：专门为Nand Flash设计 proc：为内核和内核模块将信息发送给进程提供一种机制，可以 查看系统模块装载的信息 devFS：设备文件系统
远见品质
v
Linux上的Ext2fs
支持 4 TB 存储、文件名称最长1012 字符 v 可选择逻辑块 v 快速符号链接
v v v
v v
Ext2不适合flash设备 是为象 IDE 设备那样的块设备设计的，逻辑块大小必须是 512 byte、1 KB、2KB等 没有提供对基于扇区的擦除／写操作的良好管理 Ø 如果在一个扇区中擦除单个字节，必须将整个扇区复制到 RAM，然后擦除，再重写入 在出现电源故障时，Ext2fs 是不能防止崩溃的 文件系统不支持损耗平衡，缩短了flash的寿命
远见品质
jffs/jffs2文件系统的优缺点
v 日志文件系统 v 提供了更好的崩溃、掉电安全保护 v jffs2支持对flash的均匀磨损 v 在扇区级别上执行闪存擦除／写／
读操作要比 Ext2文件系统好
v 文件系统接近满时，JFFS2 会大大
放慢运行速度——垃圾收集
远见品质
Nand上yaffs文件系统的优势
v 专门为Nand flash设计的日志文件系
统 v jffs／jffs2不适合大容量的Nand flash
Ø jffs的日志通过jffs_node建立在RAM中，占用 RAM空间：对于128MB的Nand大概需要4MB 的空间来维护节点 Ø 启动的时候需要扫描日志节点，不适合大容 量的Nand flash
v FAT系统没有日志
谢谢！
。