為多功能片上系統處理器編寫(xiě) Linux 設備驅動(dòng)程序

為多功能片上系統處理器編寫(xiě) Linux 設備驅動(dòng)程序

　引 言
　　編寫(xiě) Linux 設備驅動(dòng)程序無(wú)疑是一項復雜的工作。本文將集中介紹非標準硬件的設備驅動(dòng)程序編寫(xiě)，探討硬件應用編程接口，并借用 Cirrus Logic EP9312 片上系統嵌入式平臺添加設備驅動(dòng)程序這一案例來(lái)進(jìn)行分析。
　　如果有些編程內容未能在本文中涉及，那么讀者亦可以查閱相似的設備驅動(dòng)程序編碼，以做參考。還有一種方法，就是檢索歷史檔案或者向 Linux 內核問(wèn)訊中心去函問(wèn)訊。
　　Linux 概述
　　Linux 是 UNIX 操作系統的翻版，1991 年由 Linus Torvalds 最先開(kāi)發(fā)出來(lái)，并通過(guò)開(kāi)放源代碼開(kāi)發(fā)模式不斷得到開(kāi)放源代碼組織的改進(jìn)。任何使用 Linux 的個(gè)人和團體都無(wú)需支付任何版權費用。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/8240.htm

　　只有內核還不夠，通常Linux 與一些在內核上運行的視窗環(huán)境、視窗管理器和應用捆綁在一起。然而，由于具備了嵌入式平臺，視窗環(huán)境并非必不可少。與微軟的視窗操作系統不同的是，Linux 并不需要一套固定的、必須采用的應用軟件或實(shí)用程序，因此能夠十分符合嵌入式市場(chǎng)終端解決方案的客制化要求。
　　操作系統最基本的組成部分包括 1個(gè)資源管理器、1個(gè)調度程序、1個(gè)介于硬件和應用軟件之間的接口、1個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理器和 1 個(gè)文檔系統管理器。Linux操作系統也包括這些組成部分，當然還有其他部分。本文主要闡述介于硬件和應用軟件之間的接口--設備驅動(dòng)程序。
　　圖1解釋了用戶(hù)應用軟件、操作系統內核和硬件平臺之間的區別。
　　設備驅動(dòng)程序類(lèi)型
　　設備驅動(dòng)程序可分為2大類(lèi)：硬件設備驅動(dòng)程序和軟件設備驅動(dòng)程序。硬件設備驅動(dòng)程序和物理硬件設備相連接，如UART設備或IDE設備，而軟件設備驅動(dòng)程序則作為低級數據結構間的接口，或硬件設備驅動(dòng)程序和高級數據結構間的接口。圖形控制臺驅動(dòng)程序就是一個(gè)軟件設備驅動(dòng)程序。其中，1個(gè)LCD控制器驅動(dòng)程序裝載并管理該顯示器，同時(shí)圖形控制臺對即將顯示的字符進(jìn)行著(zhù)色，并獲取從鍵盤(pán)輸入的信息。軟件設備驅動(dòng)程序的另一個(gè)例子是文檔系統執行--文檔系統驅動(dòng)程序采用1個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)程序存儲數據，而該硬盤(pán)驅動(dòng)程序直接與物理硬盤(pán)相連接。
　　設備驅動(dòng)程序的分類(lèi)
　　Linux 設備驅動(dòng)程序有幾類(lèi)：字符、區塊、網(wǎng)絡(luò )和其他。通常，驅動(dòng)程序根據設備的訪(fǎng)問(wèn)方式分類(lèi)。然而，也有些設備無(wú)法按照此類(lèi)方式得到區分，因此被歸到"其他類(lèi)型"。字符設備包括那些使數據成為數據流的設備，可通過(guò)1個(gè)文檔系統的特殊文件獲得（文檔系統的特殊文件將在后文中加以討論）。鑒于字符設備的特性，該設備只能根據順序訪(fǎng)問(wèn)數據，即無(wú)法往前或往后搜索數據。串行端口和音頻設備都是這種類(lèi)型。圖2是Cirrus Logic的EP9312 片上系統結構圖，其中Linux字符設備以綠色標出。
　　區塊設備能夠照管1個(gè)文檔系統。該類(lèi)設備和字符設備一樣，也是通過(guò)文檔系統特殊文件訪(fǎng)問(wèn)。但是，區塊設備與文檔設備的差異在于其可被隨機訪(fǎng)問(wèn)。這意味著(zhù)，應用軟件可查找在該設備中的隨機位置。硬盤(pán)驅動(dòng)器和CD驅動(dòng)器都是區塊設備，它們內部的文件指針可以指向設備內部的任何位置，惟一的限制來(lái)自設備本身。當區塊設備通過(guò)文檔系統特殊文件訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，該應用接口即同字符設備一樣，只是與內核的接口有所差別而已。圖2中的紅色部分即為Cirrus Logic EP9312 片上系統結構中Linux區塊設備。

　　網(wǎng)絡(luò )接口設備既可以是硬件設備，也可以是軟件設備。硬件設備如以太網(wǎng)卡，軟件設備如低端網(wǎng)絡(luò )協(xié)議堆棧（本文將此類(lèi)接口視為軟件設備）。中間件和協(xié)議堆棧有時(shí)會(huì )被看作是軟件設備。網(wǎng)絡(luò )接口設備是信息包數據的通信設備，一般擁有惟一名稱(chēng)，并且無(wú)法通過(guò)文檔系統特殊文件訪(fǎng)問(wèn)。相反，它們只對內核網(wǎng)絡(luò )堆棧開(kāi)放。通常，用戶(hù)級應用軟件可訪(fǎng)問(wèn)內核網(wǎng)絡(luò )堆棧，而不能訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )接口設備。圖2中的藍色部分即為Cirrus Logic EP9312 片上系統結構中的Linux網(wǎng)絡(luò )接口設備。
　　其他的設備驅動(dòng)程序還包括數據總線(xiàn)驅動(dòng)程序（USB, I2C, AMBA等）、 /proc 接口和視頻驅動(dòng)程序。這些類(lèi)型的設備無(wú)法被歸入以上的3個(gè)類(lèi)型中，但仍然是與Linux內核接口的設備驅動(dòng)程序。
　　文檔系統特殊文件
　　文檔系統特殊文件提供了從文檔系統訪(fǎng)問(wèn)硬件設備的可行性。這些訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)使用mknod 命令在文檔系統/dev 目錄中生成。命令如下：
　　mknod <device name> <device type> <major number> <minor number>
　　其中， <device name> 是給予硬件設備的名稱(chēng)，如 /dev/hda1 是給予硬盤(pán)驅動(dòng)器的通用名稱(chēng)。<device type> 是設備驅動(dòng)程序的類(lèi)型--字符（char）、區塊等。<major number> 代表設備類(lèi)別和與之相配的驅動(dòng)程序。<minor number> 表示設備類(lèi)別中的一個(gè)實(shí)例，并僅對設備驅動(dòng)程序適用。例如，某個(gè)系統中同時(shí)采用2個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)器，它們都具有同樣的主要編號，使用同樣的設備驅動(dòng)軟件，但是該設備驅動(dòng)程序軟件卻會(huì )在內部根據次要編號區分這2個(gè)硬盤(pán)驅動(dòng)器。
　　值得注意的是，并非所有的設備都執行特殊文件接口。如同本文前面已經(jīng)提及的，網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序就不采用這種接口訪(fǎng)問(wèn)設備。
        這種情況下，在設備文檔系統里，就會(huì )使用 devfs來(lái)獲得文檔設備特殊文件。devfs 目前廣受歡迎，但仍然還不是內核的默認功能。如果采用devfs 文檔系統，那么就無(wú)需mknod 來(lái)生成特殊文件了。相反，設備驅動(dòng)程序軟件會(huì )使用直接的devfs 文檔系統接口在空閑時(shí)刻或者設備剛被初始化時(shí)生成特殊文件。
　　編程實(shí)例概述
　　為便于示范非標準嵌入式平臺的Linux設備驅動(dòng)程序，本文將說(shuō)明EP9312的設備驅動(dòng)程序實(shí)現情況。其中，EP9312 IDE設備驅動(dòng)程序是區塊設備， EP9312觸摸屏為字符設備，代碼中的高級API/硬件接口、初始化序列和應用軟件編碼均將予以說(shuō)明。

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