玩轉(zhuǎn)Linux設(shè)備驅(qū)動你需要弄懂這些問題

　　Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于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。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

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

　　? 應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核、驅(qū)動程序的關(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)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

　　? 用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)

　　? Linux驅(qū)動程序功能

　　一、應(yīng)用程序、庫、內(nèi)核、驅(qū)動程序的關(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(后面會講解)，調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序。

　　3) 設(shè)備驅(qū)動直接與硬件通信。

　　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，實際的硬件I/O操作一般緊接著發(fā)生;

　　字符設(shè)備驅(qū)動程序通常至少要實現(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：一個塊設(shè)備驅(qū)動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。

　　只有一個塊設(shè)備可以支持一個安裝的文件系統(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)過一個網(wǎng)絡(luò)接口形成，即一個能夠和其他主機交換數(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唯一的名字(比如eth0)，但這個名字在文件系統(tǒng)中不存在對應(yīng)的節(jié)點。

　　內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序間的通信，完全不同于內(nèi)核和字符以及塊驅(qū)動程序之間的通信，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)動中也就是設(shè)備號(主、從)。

　　設(shè)備文件：

　　在linux系統(tǒng)中有一個約定俗成的說法:“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)識一個設(shè)備，類似人的身份證號

　　主設(shè)備號：

　　用于標(biāo)識驅(qū)動程序，相同的主設(shè)備號使用相同的驅(qū)動程序，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)識同一驅(qū)動程序的不同硬件

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

　　四、驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

　　應(yīng)用程序以main開始

　　驅(qū)動程序沒有main，它以一個模塊初始化函數(shù)作為入口

　　應(yīng)用程序從頭到尾執(zhí)行一個任務(wù)

　　驅(qū)動程序完成初始化之后不再運行，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)的錯誤(底層協(xié)議)

　　用于區(qū)分具體設(shè)備的實例