玩轉Linux設備驅動你需要弄懂這些問題

　　Linux是一套免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運行主要的UNIX工具軟件、應用程序和網(wǎng)絡協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡為核心的設計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。

　　想要深入理解linux設備驅動，你必須明確以下幾個問題：

　　? 應用程序、庫、內核、驅動程序的關系

　　? 設備類型

　　? 設備文件、主設備號與從設備號

　　? 驅動程序與應用程序的區(qū)別

　　? 用戶態(tài)與內核態(tài)

　　? Linux驅動程序功能

　　一、應用程序、庫、內核、驅動程序的關系

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

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

　　函數(shù)庫：

　　部分函數(shù)無需內核的支持，由庫函數(shù)內部通過代碼實現(xiàn)，直接完成功能

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

　　2) 內核處理系統(tǒng)調用，根據(jù)設備文件類型、主設備號、從設備號(后面會講解)，調用設備驅動程序。

　　3) 設備驅動直接與硬件通信。

　　二、設備類型

　　硬件是千變萬化的，沒有八千也有一萬了，就像世界上有三種人：男人、女人、女博士一樣，linux做了一個很偉大也很艱難的分類：把所有的硬件設備分為三大類：字符設備、塊設備、網(wǎng)絡設備。

　　1) 字符設備：字符(char)設備是個能夠像字節(jié)流(類似文件)一樣被訪問的設備。

　　對字符設備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件I/O操作一般緊接著發(fā)生;

　　字符設備驅動程序通常至少要實現(xiàn)open、close、read和write系統(tǒng)調用。

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

　　2) 塊設備：一個塊設備驅動程序主要通過傳輸固定大小的數(shù)據(jù)(一般為512或1k)來訪問設備。

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

　　塊設備可以通過它們的設備特殊文件訪問，但是更常見的是通過文件系統(tǒng)進行訪問。

　　只有一個塊設備可以支持一個安裝的文件系統(tǒng)。

　　比如我們常見的電腦硬盤、SD卡、U盤、光盤等，就像女人一樣是用來存儲信息的。

　　3) 網(wǎng)絡接口：任何網(wǎng)絡事務都經(jīng)過一個網(wǎng)絡接口形成，即一個能夠和其他主機交換數(shù)據(jù)的設備。

　　訪問網(wǎng)絡接口的方法仍然是給它們分配一個唯一的名字(比如eth0)，但這個名字在文件系統(tǒng)中不存在對應的節(jié)點。

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

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

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

　　三、設備文件、主設備號、從設備號

　　有了設備類型的劃分，那么應用程序應該怎樣訪問具體的硬件設備呢?

　　或者說已經(jīng)確定他是一個男人了，那么怎么從萬千世界中區(qū)分他與他的不同呢?

　　答案是：姓名，在linux驅動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驅動中也就是設備號(主、從)。

　　設備文件：

　　在linux系統(tǒng)中有一個約定俗成的說法:“一切皆文件”，應用程序使用設備文件節(jié)點訪問對應設備， 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)絡設備沒有在這個文件夾下，用來明其性別(男人、女人)

　　主設備號、從設備號

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

　　主設備號：

　　用于標識驅動程序，相同的主設備號使用相同的驅動程序，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：

　　用于標識同一驅動程序的不同硬件

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

　　四、驅動程序與應用程序的區(qū)別

　　應用程序以main開始

　　驅動程序沒有main，它以一個模塊初始化函數(shù)作為入口

　　應用程序從頭到尾執(zhí)行一個任務

　　驅動程序完成初始化之后不再運行，等待系統(tǒng)調用

　　應用程序可以使用glibc等標準C函數(shù)庫

　　驅動程序不能使用標準C庫

　　五、用戶態(tài)與內核態(tài)的區(qū)分

　　驅動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態(tài)

　　數(shù)據(jù)空間訪問問題

　　無法通過指針直接將二者的數(shù)據(jù)地址進行傳遞

　　系統(tǒng)提供一系列函數(shù)幫助完成數(shù)據(jù)空間轉換

　　get_user

　　put_user

　　copy_from_user

　　copy_to_user

　　六、Linux驅動程序功能

　　對設備初始化和釋放資源

　　把數(shù)據(jù)從內核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)

　　讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)

　　檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤(底層協(xié)議)

　　用于區(qū)分具體設備的實例