[ARM笔记]设备驱动概述

　　mknod命令建立一个目录项和一个特殊文件的对应索引节点。第一个参数Name项是设备的名称，选择一个描述性的设备名称。

　　mknod命令有两种形式，它们有不同的标志。mknod命令的第一种形式只能由root用户或系统组成员执行。在第一种形式中，使用了b或c标志。b标志表示这个特殊文件是面向块的设备(磁盘、软盘或磁带)。c标志表示这个特殊文件是面向字符的设备(其他设备)。在 mknod 命令的第二种形式中，使用了p标志来创建FIFO(已命名的管道)。

　　因此，标志集合总共有三种选择，如下：

　　* b 表示特殊文件是面向块的设备(磁盘、软盘或磁带)。

　　* c 表示特殊文件是面向字符的设备(其他设备)。

　　* p 创建 FIFO(已命名的管道)。

　　在介绍创建设备文件时，主设备号和从设备号是不可或缺的。传统方式中的设备管理中，除了设备类型外，内核还需要一对主次设备号的参数，才能唯一标识一个设备。主设备号相同的设备使用相同的驱动程序，次设备号用于区分具体设备的实例。比如PC机中的IDE设备，一般主设备号使用3，WINDOWS下进行的分区，一般将主分区的次设备号为1，扩展分区的次设备号为2、3、4，逻辑分区使用5、6…。

　　第一种形式的最后两个参数便是指定主设备号和次设备号，它帮助操作系统查找设备驱动程序代码，和指定具体的次设备。一个设备的主设备号和次设备号由该设备的配置方法分配。主设备号是由/usr/src/linux/include/linux/major.h定义的，如下定义了一个DOC设备：

　　#define IGEL_FLASH_MAJOR 62

　　如命令mknod doc b 62 0

　　其中的doc为定义的名字，b指块设备，0指的是整个DOC。如果把0换为1，则1指的是DOC的第一个分区。2是第2个，依次类推。

　　mknod console c 5 1

　　console是设备的名字;c指字符设备，还可选b(块设备);5是该设备在major.h中定义的标记，主设备号/dev/devices里面记录现有的设备，创建设备文件时，找个系统中还没有用过的就可以了;1是指第一个子设备。当你要给两个同样的设备加载驱动的时候就要用到这些区别了。

　　3. Linux驱动程序的加载和卸载

　　Linux内核中采用可加载的模块化设计，一般情况下编译的Linux内核是支持可插入式模块的，也就是将最基本的核心代码编译在内核中，其它的代码可以选择是在内核中，或者编译为内核的模块文件。如果需要某种功能，比如需要访问一个NTFS分区，就加载相应的NTFS模块。这种设计可以使内核文件不至于太大，但是又可以支持很多的功能，必要时动态地加载。这是一种跟微内核设计不太一样，但却是切实可行的内核设计方案。

　　3.1 Linux驱动的加载方式

　　由于Linux系统内核有如上的特点，所以设备驱动程序也秉承了这种特性。常见的驱动程序就是作为内核模块动态加载的，比如声卡驱动和网卡驱动等。而Linux最基础的驱动，如CPU、PCI总线、TCP/IP协议、VFS等驱动程序则编译在内核文件中。因此，Linux驱动的加载可分为静态加载和动态加载两种不同的方式。

　　* 静态加载：系统启动时自动加载驱动到内核，自动的注册设备并创建设备接点，也就是说把驱动程序直接编译到内核，系统启动后应用程序可以直接运行、调用。静态加载的缺点是调试起来比较麻烦，每次修改一个地方都要重新编译下载内核，效率较低。

　　* 动态加载：即模块加载，系统启动时不会进行加载驱动程序，需要人为手动加载，就是说系统启动后我们的应用程序不能直接应用驱动，而是我们必须手动的用insmod命令去加载模块，然后才能使用相应的设备和应用，在不需要的时候用rmmod命令来卸载。

　　其中动态加载我们又可以分为三种去研究：

　　加载驱动后，我们自己去创建主设备号，从设备号，利用cat /proc/devices 去查看主设备号是否重复，然后根据应用程序中使用的设备名称用mknod命令去创建设备文件接点。

　　加载驱动后，驱动程序会利用register_chrdev()函数自动产生主设备号去在内核中注册设备，我们利用cat /proc/devices命令和驱动程序中注册的设备名去查询主设备号和从设备号后，在根据应用程序使用的设备名，去利用mknod去创建。(利用驱动中注册的设备名是查询自动生成的主设备号，驱动中的设备名称不一定要和创建的设备接点名相同，他们之间可以用主设备号去关联，而应用程序的设备名称则必须和创建的设备接点名相同)。

　　加载驱动后，驱动程序利用devfs系统，这个系统可以自动的产生主设备号，然后自动的创建设备接点。我们只要加载驱动后，直接运行应用程序就行了。

　　一般嵌入式驱动开发者会先用动态加载的方式来调试，调试完毕后再编译到内核里。下面我们将向读者介绍下如何使用insmod动态加载模块。

　　3.2 Linux驱动加载和卸载

　　当我们编写好需要加载的模块、创建了其在内核的设备挂载节点之后，下一步要进行的操作就是将该设备模块加载到内核，也就是把编译后的驱动程序的.ko文件加载到内核。这个工作将由insmod完成。这个程序将加载模块的代码段和数据段到内核，接着，执行一个类似ld的函数，它连接模块中任何未解决的符号连接到内核的符号表上。

　　insmod接收许多命令行选项，它能够在连接到当前内核之前，为模块中的参数赋值，加载时配置比编译时配置给了用户更多的灵活性，感兴趣的读者可以查阅相关的资料。一般常用的命令方式为：

　　#insmod /路径 模块编译后生成文件.ko

　　模块可以用rmmod工具从内核去除。需要注意的是，如果内核认为模块还在用，或者内核被配置成不允许模块去除，模块去除会失败。除了上述两种命令，还有一些相关的命令，在模块加载时可以用到。如下所示：

　　lsmod：列出当前系统中加载的模块，其中显示信息中分为三列，依次是：模块名、模块大小、模块使用的数量。

　　modprobe：使用modprobe命令，可以智能插入模块，它可以根据模块间的依存关系，以及/etc/modules.conf文件中的内容智能插入模块。

　　insmod：也是插入模块的命令，但是它不会自动解决依存关系。

　　modinfo：用来查看模块信息。

　　4. 学习Linux驱动程序的基础及方法

　　Linux设备驱动的学习是一项浩大的工程，读者需要一定的基础。在前面，我们专门讲到过驱动程序是连接硬件设备和操作系统的桥梁。

　　因此，驱动的开发不仅要有良好的硬件基础，懂得SRAM、Flash、SDRAM、磁盘的读写方式，UART、I2C、USB等设备的接口，轮询、中断、DMA的原理，PCI总线的工作方式以及CPU的内存管理单元(MMU)等硬件处理的方式;还需要对Linux内核有一定的了解，虽然并不要求工程师对内核各个部分有深入的研究，但至少要了解设备驱动与内核的接口，尤其是对于块设备、网络设备、Flash设备、串口设备等复杂设备的驱动框架等。

　　另外，在应用中很有可能多个程序访问同一个设备，这也就需要具有良好的多任务并发控制和同步的基础。动手实践永远是学习任何软件开发的最好方法，学习Linux设备驱动也不例外。

　　一般来说，编写一个Linux设备驱动程序的大致流程如下：

　　(1)查看原理图、数据手册，了解设备的操作方法。

　　(2)在内核中找到相近的驱动程序，以它为模板进行开发，有时候需要从零开始。

　　(3)实现驱动程序的初始化：比如向内核注册这个驱动程序，这样应用程序传入文件名时，内核才能找到相应的驱动程序。

　　(4)设计所要实现的操作，比如：open、close、read、write等函数。

　　(5)实现中断函数(中断并不是每个设备驱动所必需的)。

　　(6)编译该驱动程序到内核中，或者用insmod命令加载。

　　(7)测试驱动程序。