Linux驱动程序开发(zt)
Linux驱动程序开发
江舟 发表于 2005-9-16 11:18:00
(转贴 流星的文章，收藏是为了自己阅读方便，不是剽窃，也不是为了发表！！)
一．基本知识
1． 驱动分类
字符设备character device：采用字符流方式访问的设备，如字符终端，串口，一般顺序访问，但也可以前后移动访问指针，如帧捕捉卡
块设备Block device：采用数据块方式访问的设备，如磁盘等，可以随意移动访问。和字符设备的差异在于内核内部管理数据的方式，如采用缓存机制等。并必须支持 mount文件系统。
上两者通过mknod来创建设备并使用
网络接口 network interface：数据包传输方式访问的设备，和上两者不同。通过ifconfig来创建和配置设备。网络驱动同块驱动最大的不同在于网络驱动异步接受外界数据，而块驱动只对内核的请求作出响应。
其他other：总线类，如USB, PCI, SCSI等，/proc接口等，一般同其他驱动联合使用
2． 模块
Linux下驱动以模块的方式展现，可以单独作为模块在运行时同内核连接，也可以直接连接进内核。模块同内核版本密切相关。通过模块计数来维持生命周期，确定是否可卸载。/proc/modules保存了当前连接入内核的模块信息。
模块和应用程序的差异：
模块运行在内核空间，应用程序在用户空间
模块只能使用内核导出的函数，不能使用其他函数库，包括glibc库。
模块必须考虑到并发，所以代码都必须是可重入的。
3． 资源
模块需要申请资源（I/O端口，I/O内存，DMA通道，中断等）
/proc下的ioports，iomem，dma，interrupts列出了已注册的资源
4． 设备
设备一般是采用设备文件方式，处于/dev下，但也并非一定需要，如网卡就没有。每个设备有设备名称，主设备号和次设备号。主设备号标识设备对应的驱动程序，驱动程序需要向系统注册一个主设备号。次设备号区分具体设备，由驱动程序管理。
5． 中断处理
驱动通过request_irq和free_irq来申请和释放中断号。
调用request_irq的正确位置应该是在设备第一次打开，硬件被告知产生中断之前；调用free_irq的正确位置应该是在最后一次关闭设备，硬件被告知不要再中断处理之后。这种方式需要为每个设备保存一个打开计数。
中断处理函数的限制
（1） 在中断发生时运行，不能向用户空间发送和接受数据，因为它不是在任何进程上下文执行的
（2） 不能做任何可能发生睡眠的操作，如sleep_on，使用不带GFP_ATOMIC标志的分配内存操作，或锁定一个信号量等
（3） 不能调用schedule函数
技巧：
执 行时间尽量短，长时间计算采用tasklet或任务队列方式。一般采用Top half和Bottom half方式。Top half是实际中断处理例程，尽量短。Bottom half是一个被Top half调度，并在稍后更安全时执行的例程，一般用tasklet方式
典型情况为：顶半部程序保存设备数据到一个设备特定缓存区并调度它的底半部，并且退出。底半部执行其他必要工作，如唤醒进程，启动其他I/O操作等，此时所有的中断都处于启用状态。但底半部程序也受同样中断处理函数的限制
具体中断个数以及中断号分配等，和具体CPU相关，要参见CPU说明。每个中断都会有中断掩码位（该中断是否有效，enable_irq/disable_irq就修改该位），中断悬挂位（该中断是否生成），中断优先级（该中断的优先级）
二．模块函数
Init_module：初始化函数，注册模块，连接到内核时被调用
Clean_module：卸载函数，Init_module的逆操作，撤消所有注册，从内核中移出时调用
（常用方式是自定义初始化/卸载函数，使用module_init(my_init)，module_exit(my_cleanup)来声明，使得直接连接进内核的驱动更容易编写，因为内核中每个驱动的初始化/卸载函数为不同名字）
驱动可以提供的其他函数，通过file_operations结构，常用的有
open打开设备，应该是对设备的第一个操作函数。如为NULL，则所有调用都成功
release关闭设备，在文件结构被释放。只有当设备文件的所有拷贝都被释放时，才进行release调用，而不是每次应用调close时都执行。同open一样，也可以为NULL
read 用来从设备接受数据。
write用来往设备发数据
ioctl是用来给设备发送命令的接口函数
mmap用来请求将设备内存映射到进程空间
poll是两个系统调用poll和select的背后支撑。如果驱动未定义，则假设设备既可读又可写。
三．建议的一些技巧
1．在线参考Linux内核源码，通过“The Linux Cross-Reference project ”站点，如
http://www.iglu.org.il/lxr/blurb.html，
http://lxr.linux.no/，很方便查找各个Identifie
2． 就是根据具体硬件功能，参考相类似的驱动，进行修改。Linux下开发的好处就在于源码共享，各种硬件基本上都能找到类似功能的驱动源码，在Linux提 供的较可靠的驱动上进行修改，有利于提高开发效率和驱动的可靠性。首先采用模块方式进行调试，在调试好后根据具体情况考虑是否直接连接到内核中。
3．其他技巧包括：
多用printk打印调试信息，内核调试需要掌握日志调试技术
掌握内核定时器和tasklet，这两个也是驱动中常用的
自 旋锁的使用，规范的驱动都使用自旋锁，即使在单处理器情况下仍考虑到并发处理，并要注意如在中断处理函数中使用spin_lock和 spin_unlock，此时在非中断函数中必须使用spin_lock_irqsave或spin_lock_irq等禁用中断的版本，以防死锁
4．手中一本驱动开发必备之Linux Device Drivers 2nd的中文版或英文版
举例（以2410的触摸屏为例）
1．硬件说明
提供8通道模拟输入，能够将每个模拟输入转化成10位的数字，转换500KSPS with 2.5 MHz A/D converter clock.。
TS使用(nYPON, YMON, nXPON and XMON)和analog pads (AIN[7], AIN[5])
建议采用下面步骤
（1） 使用独立Separate或自动Auto (Sequential) X/Y位置转换模式来获得X/Y位置
（2） 设定TS接口为Waiting Interrupt Mode
（3） 如果中断发生，就会激活上面所选的X/Y位置转换模式
（4） 在得到X/Y值后，再进入中断等待
2．数据结构
struct s3c2410_ts_device { //对应于触摸屏设备
struct s3c2410_ts_general d;
struct s3c2410_ts_calibration cal; /* ts calibration parameters */
struct s3c2410_ts_event buf[MOUSEBUF_SIZE]; //触摸屏事件缓存
struct s3c2410_ts_event cur_data, //当前事件
samples[3],//多次采样事件值
last_data;//上次值
};
struct s3c2410_ts_general {触摸屏一般性信息
unsigned int head, tail; /* Position in the event buffer */
event缓存区中的head和tail，确定当前还需要处理的触摸屏事件
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 {触摸屏事件，每次触摸就会产生触摸屏事件
unsigned short pressure;
unsigned short x;
unsigned short y;
unsigned short pad;
} TS_EVENT;
struct ts_pen_data {//记录每次触摸的点（笔）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 用等待中断模式，则每次点击都会产生一个INT_TC中断，然后开始硬件定时，会不断进入定时采样阶段，将采样值保存到设备对应的 s3c2410_ts_device的samples中，并进行校验和坐标转化data_processing，最后结果保存在设备对应的 s3c2410_ts_device的cur_data中，并拷贝到buf中
五．添加驱动到内核
1．修改源文件。源文件为linux /driver/char/s3c2410_ts.c。不能#define MODULE，
2． 修改makefile文件。修改 linux/driver/char/Makefile ，在适当位置添加obj-$(CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410) += s3c2410_ts.o
3． 修改make配置文件。修改 linux/driver/char/ Config.in，在适当位置添加
if [ "$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 时选择
4． 进行配置。运行make menuconfig（在menuconfig的字符设备选项里你可以看见我们刚刚添加的‘ S3C2410 TOUCH SCREEN SUPPORT 选项，选中
5． 重新编译内核
