Linux驅(qū)動程序開發(fā)(zt)
Linux驅(qū)動程序開發(fā)
江舟 發(fā)表于 2005-9-16 11:18:00
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一．基本知識
1． 驅(qū)動分類
字符設(shè)備character device：采用字符流方式訪問的設(shè)備，如字符終端，串口，一般順序訪問，但也可以前后移動訪問指針，如幀捕捉卡
塊設(shè)備Block device：采用數(shù)據(jù)塊方式訪問的設(shè)備，如磁盤等，可以隨意移動訪問。和字符設(shè)備的差異在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式，如采用緩存機制等。并必須支持 mount文件系統(tǒng)。
上兩者通過mknod來創(chuàng)建設(shè)備并使用
網(wǎng)絡(luò)接口 network interface：數(shù)據(jù)包傳輸方式訪問的設(shè)備，和上兩者不同。通過ifconfig來創(chuàng)建和配置設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動同塊驅(qū)動最大的不同在于網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動異步接受外界數(shù)據(jù)，而塊驅(qū)動只對內(nèi)核的請求作出響應。
其他other：總線類，如USB, PCI, SCSI等，/proc接口等，一般同其他驅(qū)動聯(lián)合使用
2． 模塊
Linux下驅(qū)動以模塊的方式展現(xiàn)，可以單獨作為模塊在運行時同內(nèi)核連接，也可以直接連接進內(nèi)核。模塊同內(nèi)核版本密切相關(guān)。通過模塊計數(shù)來維持生命周期，確定是否可卸載。/proc/modules保存了當前連接入內(nèi)核的模塊信息。
模塊和應用程序的差異：
模塊運行在內(nèi)核空間，應用程序在用戶空間
模塊只能使用內(nèi)核導出的函數(shù)，不能使用其他函數(shù)庫，包括glibc庫。
模塊必須考慮到并發(fā)，所以代碼都必須是可重入的。
3． 資源
模塊需要申請資源（I/O端口，I/O內(nèi)存，DMA通道，中斷等）
/proc下的ioports，iomem，dma，interrupts列出了已注冊的資源
4． 設(shè)備
設(shè)備一般是采用設(shè)備文件方式，處于/dev下，但也并非一定需要，如網(wǎng)卡就沒有。每個設(shè)備有設(shè)備名稱，主設(shè)備號和次設(shè)備號。主設(shè)備號標識設(shè)備對應的驅(qū)動程序，驅(qū)動程序需要向系統(tǒng)注冊一個主設(shè)備號。次設(shè)備號區(qū)分具體設(shè)備，由驅(qū)動程序管理。
5． 中斷處理
驅(qū)動通過request_irq和free_irq來申請和釋放中斷號。
調(diào)用request_irq的正確位置應該是在設(shè)備第一次打開，硬件被告知產(chǎn)生中斷之前；調(diào)用free_irq的正確位置應該是在最后一次關(guān)閉設(shè)備，硬件被告知不要再中斷處理之后。這種方式需要為每個設(shè)備保存一個打開計數(shù)。
中斷處理函數(shù)的限制
（1） 在中斷發(fā)生時運行，不能向用戶空間發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，因為它不是在任何進程上下文執(zhí)行的
（2） 不能做任何可能發(fā)生睡眠的操作，如sleep_on，使用不帶GFP_ATOMIC標志的分配內(nèi)存操作，或鎖定一個信號量等
（3） 不能調(diào)用schedule函數(shù)
技巧：
執(zhí) 行時間盡量短，長時間計算采用tasklet或任務隊列方式。一般采用Top half和Bottom half方式。Top half是實際中斷處理例程，盡量短。Bottom half是一個被Top half調(diào)度，并在稍后更安全時執(zhí)行的例程，一般用tasklet方式
典型情況為：頂半部程序保存設(shè)備數(shù)據(jù)到一個設(shè)備特定緩存區(qū)并調(diào)度它的底半部，并且退出。底半部執(zhí)行其他必要工作，如喚醒進程，啟動其他I/O操作等，此時所有的中斷都處于啟用狀態(tài)。但底半部程序也受同樣中斷處理函數(shù)的限制
具體中斷個數(shù)以及中斷號分配等，和具體CPU相關(guān)，要參見CPU說明。每個中斷都會有中斷掩碼位（該中斷是否有效，enable_irq/disable_irq就修改該位），中斷懸掛位（該中斷是否生成），中斷優(yōu)先級（該中斷的優(yōu)先級）
二．模塊函數(shù)
Init_module：初始化函數(shù)，注冊模塊，連接到內(nèi)核時被調(diào)用
Clean_module：卸載函數(shù)，Init_module的逆操作，撤消所有注冊，從內(nèi)核中移出時調(diào)用
（常用方式是自定義初始化/卸載函數(shù)，使用module_init(my_init)，module_exit(my_cleanup)來聲明，使得直接連接進內(nèi)核的驅(qū)動更容易編寫，因為內(nèi)核中每個驅(qū)動的初始化/卸載函數(shù)為不同名字）
驅(qū)動可以提供的其他函數(shù)，通過file_operations結(jié)構(gòu)，常用的有
open打開設(shè)備，應該是對設(shè)備的第一個操作函數(shù)。如為NULL，則所有調(diào)用都成功
release關(guān)閉設(shè)備，在文件結(jié)構(gòu)被釋放。只有當設(shè)備文件的所有拷貝都被釋放時，才進行release調(diào)用，而不是每次應用調(diào)close時都執(zhí)行。同open一樣，也可以為NULL
read 用來從設(shè)備接受數(shù)據(jù)。
write用來往設(shè)備發(fā)數(shù)據(jù)
ioctl是用來給設(shè)備發(fā)送命令的接口函數(shù)
mmap用來請求將設(shè)備內(nèi)存映射到進程空間
poll是兩個系統(tǒng)調(diào)用poll和select的背后支撐。如果驅(qū)動未定義，則假設(shè)設(shè)備既可讀又可寫。
三．建議的一些技巧
1．在線參考Linux內(nèi)核源碼，通過“The Linux Cross-Reference project ”站點，如
http://www.iglu.org.il/lxr/blurb.html，
http://lxr.linux.no/，很方便查找各個Identifie
2． 就是根據(jù)具體硬件功能，參考相類似的驅(qū)動，進行修改。Linux下開發(fā)的好處就在于源碼共享，各種硬件基本上都能找到類似功能的驅(qū)動源碼，在Linux提 供的較可靠的驅(qū)動上進行修改，有利于提高開發(fā)效率和驅(qū)動的可靠性。首先采用模塊方式進行調(diào)試，在調(diào)試好后根據(jù)具體情況考慮是否直接連接到內(nèi)核中。
3．其他技巧包括：
多用printk打印調(diào)試信息，內(nèi)核調(diào)試需要掌握日志調(diào)試技術(shù)
掌握內(nèi)核定時器和tasklet，這兩個也是驅(qū)動中常用的
自 旋鎖的使用，規(guī)范的驅(qū)動都使用自旋鎖，即使在單處理器情況下仍考慮到并發(fā)處理，并要注意如在中斷處理函數(shù)中使用spin_lock和 spin_unlock，此時在非中斷函數(shù)中必須使用spin_lock_irqsave或spin_lock_irq等禁用中斷的版本，以防死鎖
4．手中一本驅(qū)動開發(fā)必備之Linux Device Drivers 2nd的中文版或英文版
舉例（以2410的觸摸屏為例）
1．硬件說明
提供8通道模擬輸入，能夠?qū)⒚總€模擬輸入轉(zhuǎn)化成10位的數(shù)字，轉(zhuǎn)換500KSPS with 2.5 MHz A/D converter clock.。
TS使用(nYPON, YMON, nXPON and XMON)和analog pads (AIN[7], AIN[5])
建議采用下面步驟
（1） 使用獨立Separate或自動Auto (Sequential) X/Y位置轉(zhuǎn)換模式來獲得X/Y位置
（2） 設(shè)定TS接口為Waiting Interrupt Mode
（3） 如果中斷發(fā)生，就會激活上面所選的X/Y位置轉(zhuǎn)換模式
（4） 在得到X/Y值后，再進入中斷等待
2．數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
struct s3c2410_ts_device { //對應于觸摸屏設(shè)備
struct s3c2410_ts_general d;
struct s3c2410_ts_calibration cal; /* ts calibration parameters */
struct s3c2410_ts_event buf[MOUSEBUF_SIZE]; //觸摸屏事件緩存
struct s3c2410_ts_event cur_data, //當前事件
samples[3],//多次采樣事件值
last_data;//上次值
};
struct s3c2410_ts_general {觸摸屏一般性信息
unsigned int head, tail; /* Position in the event buffer */
event緩存區(qū)中的head和tail，確定當前還需要處理的觸摸屏事件
struct fasync_struct *async_queue; /* Asynchronous notification */
wait_queue_head_t waitq; /* Wait queue for reading */
struct semaphore lock; & nbsp; /* Mutex for reading ; */
unsigned int usage_count; /* Increment on each open */
unsigned int total; /* Total events */
unsigned int processed;
unsigned int dropped;
};
typedef struct s3c2410_ts_event {觸摸屏事件，每次觸摸就會產(chǎn)生觸摸屏事件
unsigned short pressure;
unsigned short x;
unsigned short y;
unsigned short pad;
} TS_EVENT;
struct ts_pen_data {//記錄每次觸摸的點（筆）信息
enum pen_state state;
unsigned short x[TS_FILTER_LENGTH]; // Unfiltered data points
unsigned short y[TS_FILTER_LENGTH];
unsigned short count; // Number of points recorded in this "DOWN" or "DISCARD" series
unsigned short index; // Location in ring buffer of last stored data value
int &nb sp; last_cal_x; // Last reported X value to the user
int &nb sp; last_cal_y; // Last reported Y value to the user
};
3．基本算法：
采 用等待中斷模式，則每次點擊都會產(chǎn)生一個INT_TC中斷，然后開始硬件定時，會不斷進入定時采樣階段，將采樣值保存到設(shè)備對應的 s3c2410_ts_device的samples中，并進行校驗和坐標轉(zhuǎn)化data_processing，最后結(jié)果保存在設(shè)備對應的 s3c2410_ts_device的cur_data中，并拷貝到buf中
五．添加驅(qū)動到內(nèi)核
1．修改源文件。源文件為linux /driver/char/s3c2410_ts.c。不能#define MODULE，
2． 修改makefile文件。修改 linux/driver/char/Makefile ，在適當位置添加obj-$(CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410) += s3c2410_ts.o
3． 修改make配置文件。修改 linux/driver/char/ Config.in，在適當位置添加
if [ "$CONFIG_ARCH_S3C2410" = "y" ]; then
tristate ‘S3C2410 TOUCH SCREEN SUPPORT ‘ CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410
或 bool ‘‘S3C2410 TOUCH SCREEN SUPPORT ‘ CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410 y
fi
便于在 make menuconfig 時選擇
4． 進行配置。運行make menuconfig（在menuconfig的字符設(shè)備選項里你可以看見我們剛剛添加的‘ S3C2410 TOUCH SCREEN SUPPORT 選項，選中
5． 重新編譯內(nèi)核
