linux底层驱动开发

① 如何系统的学习linux驱动开发

在学习之前一直对驱动开发非常的陌生，感觉有点神秘。不知道驱动开发和普通的程序开发究竟有什么不同；它的基本框架又是什么样的；他的开发环境有什么特殊的地方；以及怎么写编写一个简单的字符设备驱动前编译加载，下面我就对这些问题一个一个的介绍。

一、驱动的基本框架

1．那么究竟什么是驱动程序，它有什么用呢:

l驱动是硬件设备与应用程序之间的一个中间软件层

l它使得某个特定硬件能够响应一个定义良好的内部编程接口，同时完全隐蔽了设备的工作细节

l用户通过一组与具体设备无关的标准化的调用来完成相应的操作

l驱动程序的任务就是把这些标准化的系统调用映射到具体设备对于实际硬件的特定操作上

l驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、DMA等操作

l驱动程序在用户态和内核态之间传递数据

2．Linux驱动的基本框架

3．Linux下设备驱动程序的一般可以分为以下三类

1)字符设备

a)所有能够象字节流一样访问的设备都通过字符设备来实现

b)它们被映射为文件系统中的节点，通常在/dev/目录下面

c)一般要包含open read write close等系统调用的实现

2)块设备

d)通常是指诸如磁盘、内存、Flash等可以容纳文件系统的存储设备。

e)块设备也是通过文件系统来访问，与字符设备的区别是：内核管理数据的方式不同

f)它允许象字符设备一样以字节流的方式来访问，也可一次传递任意多的字节。

3)网络接口设备

g)通常它指的是硬件设备，但有时也可能是一个软件设备(如回环接口loopback)，它们由内核中网络子系统驱动，负责发送和接收数据包。

h)它们的数据传送往往不是面向流的，因此很难将它们映射到一个文件系统的节点上。

二、怎么搭建一个驱动的开发环境

因为驱动是要编译进内核,在启动内核时就会驱动此硬件设备；或者编译生成一个.o文件,当应用程序需要时再动态加载进内核空间运行。因此编译任何一个驱动程序都要链接到内核的源码树。所以搭建环境的第一步当然是建内核源码树

1.怎么建内核源码树

a)首先看你的系统有没有源码树，在你的/lib/ moles目录下会有内核信息，比如我当前的系统里有两个版本：

#ls /lib/ moles

2.6.15-rc72.6.21-1.3194.fc7

查看其源码位置:

## ll /lib/moles/2.6.15-rc7/build

lrwxrwxrwx 1 root root 27 2008-04-28 19:19 /lib/moles/2.6.15-rc7/build -> /root/xkli/linux-2.6.15-rc7

发现build是一个链接文件，其所对应的目录就是源码树的目录。但现在这里目标目录已经是无效的了。所以得自己重新下载

b)下载并编译源码树

有很多网站上可以下载，但官方网址是：

http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/

下载完后当然就是解压编译了

# tar –xzvf linux-2.6.16.54.tar.gz

#cd linux-2.6.16.54

## make menuconfig (配置内核各选项,如果没有配置就无法下一步编译，这里可以不要改任何东西)

#make

…

如果编译没有出错。那么恭喜你。你的开发环境已经搭建好了

三、了解驱动的基本知识

1.设备号

1)什么是设备号呢？我们进系统根据现有的设备来讲解就清楚了：

#ls -l /dev/

crwxrwxrwx 1 root root1,3 2009-05-11 16:36 null

crw------- 1 root root4,0 2009-05-11 16:35 systty

crw-rw-rw- 1 root tty5,0 2009-05-11 16:36 tty

crw-rw---- 1 root tty4,0 2009-05-11 16:35 tty0

在日期前面的两个数（如第一列就是1,3）就是表示的设备号，第一个是主设备号，第二个是从设备号

2)设备号有什么用呢？

l传统上,主编号标识设备相连的驱动.例如, /dev/null和/dev/zero都由驱动1来管理,而虚拟控制台和串口终端都由驱动4管理

l次编号被内核用来决定引用哪个设备.依据你的驱动是如何编写的自己区别

3)设备号结构类型以及申请方式

l在内核中, dev_t类型(在中定义)用来持有设备编号,对于2.6.0内核, dev_t是32位的量, 12位用作主编号, 20位用作次编号.

l能获得一个dev_t的主或者次编号方式：

MAJOR(dev_t dev); //主要

MINOR(dev_t dev);//次要

l但是如果你有主次编号,需要将其转换为一个dev_t,使用: MKDEV(int major, int minor);

4)怎么在程序中分配和释放设备号

在建立一个字符驱动时需要做的第一件事是获取一个或多个设备编号来使用.可以达到此功能的函数有两个：

l一个是你自己事先知道设备号的

register_chrdev_region,在中声明:

int register_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count, char *name);

first是你要分配的起始设备编号. first的次编号部分常常是0,count是你请求的连续设备编号的总数. name是应当连接到这个编号范围的设备的名子;它会出现在/proc/devices和sysfs中.

l第二个是动态动态分配设备编号

int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned int firstminor, unsigned int count, char *name);

使用这个函数, dev是一个只输出的参数,它在函数成功完成时持有你的分配范围的第一个数. fisetminor应当是请求的第一个要用的次编号;它常常是0. count和name参数如同给request_chrdev_region的一样.

5)设备编号的释放使用

不管你是采用哪些方式分配的设备号。使用之后肯定是要释放的，其方式如下：

void unregister_chrdev_region(dev_t first, unsigned int count);

6)

2.驱动程序的二个最重要数据结构

1)file_operation

倒如字符设备scull的一般定义如下：
struct file_operations scull_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = scull_llseek,
.read = scull_read,
.write = scull_write,
.ioctl = scull_ioctl,
.open = scull_open,
.release = scull_release,
};

file_operation也称为设备驱动程序接口

定义在,是一个函数指针的集合.每个打开文件(内部用一个file结构来代表)与它自身的函数集合相关连(通过包含一个称为f_op的成员,它指向一个file_operations结构).这些操作大部分负责实现系统调用,因此,命名为open, read,等等

2)File

定义位于include/fs.h

struct file结构与驱动相关的成员

lmode_t f_mode标识文件的读写权限

lloff_t f_pos当前读写位置

lunsigned int_f_flag文件标志，主要进行阻塞/非阻塞型操作时检查

lstruct file_operation * f_op文件操作的结构指针

lvoid * private_data驱动程序一般将它指向已经分配的数据

lstruct dentry* f_dentry文件对应的目录项结构

3.字符设备注册

1)内核在内部使用类型struct cdev的结构来代表字符设备.在内核调用你的设备操作前,必须编写分配并注册一个或几个这些结构.有2种方法来分配和初始化一个这些结构.

l如果你想在运行时获得一个独立的cdev结构,可以这样使用:

struct cdev *my_cdev = cdev_alloc();

my_cdev->ops = &my_fops;

l如果想将cdev结构嵌入一个你自己的设备特定的结构;你应当初始化你已经分配的结构,使用:

void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops);

2)一旦cdev结构建立,最后的步骤是把它告诉内核,调用:

int cdev_add(struct cdev *dev, dev_t num, unsigned int count);

说明：dev是cdev结构, num是这个设备响应的第一个设备号, count是应当关联到设备的设备号的数目.常常count是1,但是有多个设备号对应于一个特定的设备的情形.

3)为从系统去除一个字符设备,调用:

void cdev_del(struct cdev *dev);

4.open和release

② Linux底层软件开发是指什么开发

一般是指驱动开发，驱动开发又分网络/字符/块设备3块
驱动对内核层的要求比较高。。。。所以难度比较大 当然待遇非常好。。
linux的驱动开发一般是对于linux-2.6.xx下drivers目录中相近文件或者设备的改写。。。如果会自己开发，，那就是牛人了

③ 如果要做linux底层驱动开发，要掌握哪些知识，还请专业人士指点！！

先掌握linux下面的基本命令
同时可以学习C语言
然后学习linux下面的C语言开发（编辑器/编译器/Makefile等等）
最后学习linux下的通用驱动类型，和每种类型的编写方法。
如果涉及自定义硬件，再学习硬件sheet，有可能涉及汇编语言。

④ 我想学嵌入式LINUX驱动开发，很纠结到底选ARM9,ARM11还是CORTEX-A8的开发板

首先我没用过cortex-A8，不做讨论。
我最开始学的是ARM7，然后用到arm9、arm11、cortex-M4。
1、arm9和arm11区别不大，只是性能上的提高，然后arm11增加了图形处理的能力。
2、arm7都还不过时。外面找工作，我是刚好是应届生，这个对我来说实际的经验要求不高。但你用AR9\ARM11肯定不是过时的。
3、只要你学透了arm架构的任何一款处理器的驱动开发，上手其他arm架构估计不超过1天（8小时），因为驱动开发很多地方时相通的。驱动开发对硬件架构先不说，难度在于linux系统，尤其是内核。
4、你说对了，这是相当重要的一部分，如果这些都不熟悉，那么对于这个arm架构你是没有掌握的，尤其是驱动工程师！

从你问的问题来看，我不建议你使用cortexA8的处理器。A系列面向的是应用，如手持设备等，复杂度很高。
这儿建议你选用培训机构使用过的板子，我推荐基于ARM11的OK6410板子。有培训机构的配套资料，很多很全，遇到问题网上搜也能很快解决。楼上提到ARM9也是相当不错的选择，尤其是mini2440，LINUX内核直接支持。最近我有几个同学也去华清远见培训，他们使用的是款A8处理器的板子。不过这个东西出来的学习资料很少，非常不适合你入手。除非你也去培训，那是题外话，修行靠个人。
总的来说，不要纠结使用哪个处理器，他们都是相通的，先买一个板子来用起，那才是王道。对了，OK6410能跑android。

⑤ 学习linux底层驱动开发有什么经典的参考书

结构、操作系统、体系结构、编译原理、计算机网络你全修过

我想大概可以分为4个阶段，水平从低到高
从安装使用=>linux常用命令=>linux系统编程=>内核开发阅读内核源码

其中学习linux常用命令时就要学会自己编译内核，优化系统，调整参数

安装和常用命令书太多了，找本稍微详细点的就ok，其间需要学会正则表达式

系统编程推荐《高级unix环境编程》，黑话叫APUE
还有《unix网络编程》
这时候大概还需要看资料理解elf文件格式，连接器和加载器，cmu的一本教材中文名为《深入理解计算机系统》比较好

内核开发阅读内核源码阶段，从写驱动入手逐渐深入linux内核开发
参考书如下《linux device drivers》，黑话叫ldd
《linux kernel development》，黑话叫lkd
《understading the linux kernel》，黑话叫utlk
《linux源码情景分析》
这四本书为搞内核的必读书籍

最后，第三阶段和第四阶段最重动手，空言无益，光看书也不罩，不动手那些东西理解不了

学习linux/unix编程方法的建议

建议学习路径：

首先先学学编辑器，vim, emacs什么的都行。
然后学make file文件，只要知道一点就行，这样就可以准备编程序了。

然后看看《C程序设计语言》K&R，这样呢，基本上就可以进行一般的编程了，顺便找本数据结构的书来看。

如果想学习UNIX/LINUX的编程，《APUE》绝对经典的教材，加深一下功底，学习《UNP》的第二卷。这样基本上系统方面的就可以掌握了。

然后再看Douglus E. Comer的《用TCP/IP进行网际互连》第一卷，学习一下网络的知识，再看《UNP》的第一卷，不仅学习网络编程，而且对系统编程的一些常用的技巧就很熟悉了，如果继续网络编程，建议看《TCP/IP进行网际互连》的第三卷，里面有很多关于应用协议telnet、ftp等协议的编程。
如果想写设备驱动程序，首先您的系统编程的接口比如文件、IPC等必须要熟知了，再学习《LDD》2。

对于几本经典教材的评价：

《The C Programing Language》K&R 经典的C语言程序设计教材，作者是C语言的发明者，教材内容深入浅出。虽然有点老，但是必备的一本手册，现在有时候我还常翻翻。篇幅比较小，但是每看一遍，就有一遍的收获。另外也可用谭浩强的《C语言程序设计》代替。

《Advanced Programing in Unix Envirement》 W.Richard Stevens：也是非常经典的书（废话，Stevens的书哪有不经典的！），虽然初学者就可以看，但是事实上它是《Unix Network Programing》的一本辅助资料。国内的翻译的《UNIX环境高级编程》的水平不怎么样，现在有影印版，直接读英文比读中文来得容易。

《Unix Network Programing》W.Richard Stevens：第一卷讲BSD Socket网络编程接口和另外一种网络编程接口的，不过现在一般都用BSD Socket，所以这本书只要看大约一半多就可以了。第二卷没有设计到网络的东西，主要讲进程间通讯和Posix线程。所以看了《APUE》以后，就可以看它了，基本上系统的东西就由《APUE》和《UNP》vol2概括了。看过《UNP》以后，您就会知道系统编程的绝大部分编程技巧，即使卷一是讲网络编程的。国内是清华翻译得《Unix网络编程》，翻译者得功底也比较高，翻译地比较好。所以建议还是看中文版。

《TCP/IP祥解》一共三卷，卷一讲协议，卷二讲实现，卷三讲编程应用。我没有怎么看过。，但是据说也很经典的，因为我没有时间看卷二，所以不便评价。

《用TCP/IP进行网际互连》Douglus.E.Comer 一共三卷，卷一讲原理，卷二讲实现，卷三讲高级协议。感觉上这一套要比Stevens的那一套要好，就连Stevens也不得不承认它的第一卷非常经典。事实上，第一卷即使你没有一点网络的知识，看完以后也会对网络的来龙去脉了如指掌。第一卷中还有很多习题也设计得经典和实用，因为作者本身就是一位教师，并且卷一是国外研究生的教材。习题并没有答案，留给读者思考，因为问题得答案可以让你成为一个中级的Hacker，这些问题的答案可以象Douglus索取，不过只有他只给教师卷二我没有怎么看，卷三可以作为参考手册，其中地例子也很经典。如果您看过Qterm的源代码，就会知道Qterm的telnet 实现部分大多数就是从这本书的源代码过来的。对于网络原理的书，我推荐它，而不是Stevens的《TCP/IP祥解》。

《Operating System - Design and Implement》这个是讲操作系统的书，用Minix做的例子。作者母语不是英文，所以英文看起来比较晦涩。国内翻译的是《操作系统设计与实现》，我没看过中文版，因为翻译者是尤晋元，他翻译的《APUE》已经让我失望头顶了。读了这本书，对操作系统的底层怎么工作的就会
有一个清晰的认识。

《Linux Device Driver》2e ，为数不多的关于Linux设备驱动程序的好书。不过内容有些杂乱，如果您没有一些写驱动的经验，初次看会有些摸不着南北。国内翻译的是《Linux设备驱动程序》第二版，第一版，第二版的译者我都有很深的接触，不过总体上来说，虽然第二版翻译的有些不尽人意，但是相比第一版来说已经超出了一大截。要读这一本书，至少应该先找一些《计算机原理》《计算机体系结构》的书来马马虎虎读读，至少应该对硬件和计算机的工作过程有一些了解。