玩轉Linux設備驅動(dòng)你需要弄懂這些問(wèn)題

　　Linux是一套免費使用和自由傳播的類(lèi)Unix操作系統，是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶(hù)、多任務(wù)、支持多線(xiàn)程和多CPU的操作系統。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網(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 )為核心的設計思想，是一個(gè)性能穩定的多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )操作系統。

　　想要深入理解linux設備驅動(dòng)，你必須明確以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　? 應用程序、庫、內核、驅動(dòng)程序的關(guān)系

　　? 設備類(lèi)型

　　? 設備文件、主設備號與從設備號

　　? 驅動(dòng)程序與應用程序的區別

　　? 用戶(hù)態(tài)與內核態(tài)

　　? Linux驅動(dòng)程序功能

　　一、應用程序、庫、內核、驅動(dòng)程序的關(guān)系

　　1) 應用程序調用一系列函數庫，通過(guò)對文件的操作完成一系列功能。

　　應用程序以文件形式訪(fǎng)問(wèn)各種硬件設備(Linux特有的抽象方式，把所有的硬件訪(fǎng)問(wèn)抽象為對文件的讀寫(xiě)、設置)

　　函數庫：

　　部分函數無(wú)需內核的支持，由庫函數內部通過(guò)代碼實(shí)現，直接完成功能

　　部分函數涉及到硬件操作或內核的支持，由內核完成對應功能，我們稱(chēng)其為系統調用

　　2) 內核處理系統調用，根據設備文件類(lèi)型、主設備號、從設備號(后面會(huì )講解)，調用設備驅動(dòng)程序。

　　3) 設備驅動(dòng)直接與硬件通信。

　　二、設備類(lèi)型

　　硬件是千變萬(wàn)化的，沒(méi)有八千也有一萬(wàn)了，就像世界上有三種人：男人、女人、女博士一樣，linux做了一個(gè)很偉大也很艱難的分類(lèi)：把所有的硬件設備分為三大類(lèi)：字符設備、塊設備、網(wǎng)絡(luò )設備。

　　1) 字符設備：字符(char)設備是個(gè)能夠像字節流(類(lèi)似文件)一樣被訪(fǎng)問(wèn)的設備。

　　對字符設備發(fā)出讀/寫(xiě)請求時(shí)，實(shí)際的硬件I/O操作一般緊接著(zhù)發(fā)生;

　　字符設備驅動(dòng)程序通常至少要實(shí)現open、close、read和write系統調用。

　　比如我們常見(jiàn)的lcd、觸摸屏、鍵盤(pán)、led、串口等等，就像男人是用來(lái)干活的一樣，他們一般對應具體的硬件都是進(jìn)行出具的采集、處理、傳輸。

　　2) 塊設備：一個(gè)塊設備驅動(dòng)程序主要通過(guò)傳輸固定大小的數據(一般為512或1k)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)設備。

　　塊設備通過(guò)buffer cache(內存緩沖區)訪(fǎng)問(wèn)，可以隨機存取，即：任何塊都可以讀寫(xiě)，不必考慮它在設備的什么地方。

　　塊設備可以通過(guò)它們的設備特殊文件訪(fǎng)問(wèn)，但是更常見(jiàn)的是通過(guò)文件系統進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

　　只有一個(gè)塊設備可以支持一個(gè)安裝的文件系統。

　　比如我們常見(jiàn)的電腦硬盤(pán)、SD卡、U盤(pán)、光盤(pán)等，就像女人一樣是用來(lái)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(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口形成，即一個(gè)能夠和其他主機交換數據的設備。

　　訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )接口的方法仍然是給它們分配一個(gè)唯一的名字(比如eth0)，但這個(gè)名字在文件系統中不存在對應的節點(diǎn)。

　　內核和網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序間的通信，完全不同于內核和字符以及塊驅動(dòng)程序之間的通信，內核調用一套和數據包傳輸相關(guān)的函數(socket函數)而不是read、write等。

　　比如我們常見(jiàn)的網(wǎng)卡設備、藍牙設備，就像女博士一樣，數量稀少但又不可或缺。

　　linux中所有的驅動(dòng)程序最終都能歸到這三種設備中，當然他們之間也沒(méi)有非常嚴格的界限，這些都是程序中對他們的劃分而已，比如一個(gè)sd卡，我們也可以把它封裝成字符設備去操作也是沒(méi)有問(wèn)題的。就像。。。

　　三、設備文件、主設備號、從設備號

　　有了設備類(lèi)型的劃分，那么應用程序應該怎樣訪(fǎng)問(wèn)具體的硬件設備呢?

　　或者說(shuō)已經(jīng)確定他是一個(gè)男人了，那么怎么從萬(wàn)千世界中區分他與他的不同呢?

　　答案是：姓名，在linux驅動(dòng)中也就是設備文件名。

　　那么重名怎么辦?

　　答案是：身份證號，在linux驅動(dòng)中也就是設備號(主、從)。

　　設備文件：

　　在linux系統中有一個(gè)約定俗成的說(shuō)法:“一切皆文件”，應用程序使用設備文件節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)對應設備， Linux下的各種硬件設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(gè)設備文件都有其文件屬性(c或者b)，使用ls /dev -l 的命令查看， 表明其是字符設備或者塊設備，網(wǎng)絡(luò )設備沒(méi)有在這個(gè)文件夾下，用來(lái)明其性別(男人、女人)

　　主設備號、從設備號

　　在設備管理中，除了設備類(lèi)型外，內核還需要一對被稱(chēng)為主從設備號的參數，才能唯一標識一個(gè)設備，類(lèi)似人的身份證號

　　主設備號：

　　用于標識驅動(dòng)程序，相同的主設備號使用相同的驅動(dòng)程序，例如：S3C2440 有串口、LCD、觸摸屏三種設備，他們的主設備號各不相同;

　　從設備號：

　　用于標識同一驅動(dòng)程序的不同硬件

　　例：PC的IDE設備，主設備號用于標識該硬盤(pán)，從設備號用于標識每個(gè)分區，2440有三個(gè)串口，每個(gè)串口的主設備號相同，從設備號用于區分具體屬于那一個(gè)串口。

　　四、驅動(dòng)程序與應用程序的區別

　　應用程序以main開(kāi)始

　　驅動(dòng)程序沒(méi)有main，它以一個(gè)模塊初始化函數作為入口

　　應用程序從頭到尾執行一個(gè)任務(wù)

　　驅動(dòng)程序完成初始化之后不再運行，等待系統調用

　　應用程序可以使用glibc等標準C函數庫

　　驅動(dòng)程序不能使用標準C庫

　　五、用戶(hù)態(tài)與內核態(tài)的區分

　　驅動(dòng)程序是內核的一部分，工作在內核態(tài)

　　應用程序工作在用戶(hù)態(tài)

　　數據空間訪(fǎng)問(wèn)問(wèn)題

　　無(wú)法通過(guò)指針直接將二者的數據地址進(jìn)行傳遞

　　系統提供一系列函數幫助完成數據空間轉換

　　get_user

　　put_user

　　copy_from_user

　　copy_to_user

　　六、Linux驅動(dòng)程序功能

　　對設備初始化和釋放資源

　　把數據從內核傳送到硬件和從硬件讀取數據

　　讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據

　　檢測和處理設備出現的錯誤(底層協(xié)議)

　　用于區分具體設備的實(shí)例