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研究懂这几个问题再玩Linux设备驱动 评论(0) 收藏(0
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想要深入理解linux设备驱动,你必须明确以下几个问题:
• 应用程序、库、内核、驱动程序的关系
• 设备类型
• 设备文件、主设备号与从设备号
• 驱动程序与应用程序的区别
• 用户态与内核态
• Linux驱动程序功能
一、应用程序、库、内核、驱动程序的关系
1) 应用程序调用一系列函数库,通过对文件的操作完成一系列功能。     
应用程序以文件形式访问各种硬件设备(Linux特有的抽象方式,把所有的硬件访问抽象为对文件的读写、设置)
函数库:  
部分函数无需内核的支持,由库函数内部通过代码实现,直接完成功能
部分函数涉及到硬件操作或内核的支持,由内核完成对应功能,我们称其为系统调用
2) 内核处理系统调用,根据设备文件类型、主设备号、从设备号(后面会讲解),调用设备驱动程序。
3) 设备驱动直接与硬件通信。
二、设备类型
硬件是千变万化的,没有八千也有一万了,就像世界上有三种人:男人、女人、女博士一样,linux做了一个很伟大也很艰难的分类:把所有的硬件设备分为三大类:字符设备、块设备、网络设备。
1) 字符设备:字符(char)设备是个能够像字节流(类似文件)一样被访问的设备。
对字符设备发出读/写请求时,实际的硬件I/O操作一般紧接着发生;
字符设备驱动程序通常至少要实现open、close、read和write系统调用。
比如我们常见的lcd、触摸屏、键盘、led、串口等等,就像男人是用来干活的一样,他们一般对应具体的硬件都是进行出具的采集、处理、传输。
2) 块设备:一个块设备驱动程序主要通过传输固定大小的数据(一般为512或1k)来访问设备。
块设备通过buffer cache(内存缓冲区)访问,可以随机存取,即:任何块都可以读写,不必考虑它在设备的什么地方。
块设备可以通过它们的设备特殊文件访问,但是更常见的是通过文件系统进行访问。
只有一个块设备可以支持一个安装的文件系统。
比如我们常见的电脑硬盘、SD卡、U盘、光盘等,就像女人一样是用来存储信息的。
3) 网络接口:任何网络事务都经过一个网络接口形成,即一个能够和其他主机交换数据的设备。
访问网络接口的方法仍然是给它们分配一个唯一的名字(比如eth0),但这个名字在文件系统中不存在对应的节点。
内核和网络设备驱动程序间的通信,完全不同于内核和字符以及块驱动程序之间的通信,内核调用一套和数据包传输相关的函数(socket函数)而不是read、write等。
比如我们常见的网卡设备、蓝牙设备,就像女博士一样,数量稀少但又不可或缺。
linux中所有的驱动程序最终都能归到这三种设备中,当然他们之间也没有非常严格的界限,这些都是程序中对他们的划分而已,比如一个sd卡,我们也可以把它封装成字符设备去操作也是没有问题的。就像。。。
三、设备文件、主设备号、从设备号
有了设备类型的划分,那么应用程序应该怎样访问具体的硬件设备呢?
或者说已经确定他是一个男人了,那么怎么从万千世界中区分他与他的不同呢?
答案是:姓名,在linux驱动中也就是设备文件名。
那么重名怎么办?
答案是:身份证号,在linux驱动中也就是设备号(主、从)。
设备文件:
在linux系统中有一个约定俗成的说法:“一切皆文件”,应用程序使用设备文件节点访问对应设备, Linux下的各种硬件设备以文件的形式存放于/dev目录下,可以使用ls /dev 查看Linux把对硬件的操作全部抽象成对文件的操作(open,read,write,close,…)
每个设备文件都有其文件属性(c或者b),使用ls /dev -l 的命令查看, 表明其是字符设备或者块设备,网络设备没有在这个文件夹下,用来明其性别(男人、女人)
主设备号、从设备号
在设备管理中,除了设备类型外,内核还需要一对被称为主从设备号的参数,才能唯一标识一个设备,类似人的身份证号
主设备号:  
用于标识驱动程序,相同的主设备号使用相同的驱动程序,例如:S3C2440 有串口、LCD、触摸屏三种设备,他们的主设备号各不相同;
从设备号:
用于标识同一驱动程序的不同硬件
例:PC的IDE设备,主设备号用于标识该硬盘,从设备号用于标识每个分区,2440有三个串口,每个串口的主设备号相同,从设备号用于区分具体属于那一个串口。
四、驱动程序与应用程序的区别
    应用程序以main开始
    驱动程序没有main,它以一个模块初始化函数作为入口
    应用程序从头到尾执行一个任务
    驱动程序完成初始化之后不再运行,等待系统调用
    应用程序可以使用glibc等标准C函数库
    驱动程序不能使用标准C库
五、用户态与内核态的区分
    驱动程序是内核的一部分,工作在内核态
    应用程序工作在用户态
    数据空间访问问题
    无法通过指针直接将二者的数据地址进行传递
    系统提供一系列函数帮助完成数据空间转换
get_user
put_user
copy_from_user
copy_to_user
六、Linux驱动程序功能
    对设备初始化和释放资源
    把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据
    读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据
    检测和处理设备出现的错误(底层协议)
    用于区分具体设备的实例
 


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