Linux驱动学习笔记

驱动学习笔记

1、字符设备驱动

Linux 驱动有两种运行方式

第一种就是将驱动编译进 Linux 内核中，这样当 Linux 内核启 动的时候就会自动运行驱动程序。

第二种就是将驱动编译成模块(Linux 下模块扩展名为.ko)，在 Linux 内核启动以后使用“insmod”命令加载驱动模块。

 

2、Linux 并发与竞争

3、Linux 内核定时器

高节拍率会提高系统时间精度，如果采用 100Hz 的节拍率，时间精度就是 10ms

高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担。但是现在的处理器性能都很强大，所以采用 1000Hz 的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。

• init_timer
• add_timer 向内核注册定时器以后， 定时器就会开始运行
• del_timer
• del_timer_sync 会等待其他处理器使用完定时器再删除
• mod_timer 修改定时值，如果定时器还没有激活的话，会激活

4、中断上下部

上半部与下半部

上半部：上半部就是中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可以放在上半部完成。

下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部去执行，这样中断处理函数就会快进快出。

使用参考：

①、如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。

②、如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。

③、如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部

④、除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。

上半部机制

request_irq 申请中断的时候注册的中断服务函数属于中断处理的上半部

• request_irq 可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用
• free_irq
• 中断处理函数 irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)
• 中断使能与禁止函数 enable_irq disable_irq
  • disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕
  • local_irq_enable 用于使能当前处理器中断系统，local_irq_disable 用于禁止当前处理器中断系统

下半部机制

获取中断号和获取字符设备号的函数不一样！！！

5、阻塞和非阻塞 IO

阻塞式 IO 就会将应用程序对应的线程挂起（休眠），直到设备资源可以获取为止。

非阻塞 IO，应用程序对应的线程不会挂起，它要么一直轮询等待，直到设备资源可以使用，要么就直接放弃。

 

6、异步通知

7、platform 设备驱动

驱动分离与分层

8、MISC 驱动

• misc 的意思是混合、杂项的。当我们板子上的某 些外设无法进行分类的时候就可以使用 MISC 驱动
• MISC 驱动其实就是最简单的字符设备驱动，通常嵌套在 platform 总线驱动中，实现复杂的驱动
• 所有的 MISC 设备驱动的主设备号都为 10

9、INPUT 子系统

输入设备本质上还是字符设备，只是在此基础上套上了 input 框架，用户只需要负责上报输入事件，比如按键值、坐标等信息，input 核心层负责处理这些事件

驱动层：输入设备的具体驱动程序，比如按键驱动程序，向内核层报告输入内容。

核心层：承上启下，为驱动层提供输入设备注册和操作接口。通知事件层对输入事件进行处理。

事件层：主要和用户空间进行交互。

代码编写

1. 使用 input_allocate_device 函数申请一个 input_dev。
2. 初始化 input_dev 的事件类型以及事件值。
3. 使用 input_register_device 函数向 Linux 系统注册前面初始化好的 input_dev。
4. 卸载input驱动的时候需要先使用input_unregister_device函数注销掉注册的input_dev， 然后使用 input_free_device 函数释放掉前面申请的 input_dev。
5. 上报输入事件 input_event

10、LCD驱动

Linux 内核将所有的 Framebuffer 抽象为一个叫做 fb_info 的结构体，fb_info 结构体包含了 Framebuffer 设备的完整属性和操作集合，因此每一个 Framebuffer 设备都必须有一个 fb_info

换言之就是，LCD 的驱动就是构建 fb_info，并且向系统注册 fb_info的过程

11、RTC驱动

RTC 设备驱动是一个标准的字符设备驱动

Linux 内核将 RTC 设备抽象为 rtc_device 结构体，因此 RTC 设备驱动就是申请并初始化rtc_device，准备好RTC设备驱动函数集 rtc_class_ops 。最后将 rtc_device 注册到 Linux 内核里面

12、I2C 驱动

I2C 总线驱动

与platform不同的是，platform 是虚拟出来的一条总线，目的是为了实现总线、设备、驱动框架。对于 I2C 而言，不需要虚拟出一条总线，直接使用 I2C 总线即可。

• I2C 总线驱动，或者说 I2C 适配器驱动的主要工作就是初始化 i2c_adapter 结构体变量，然后设置 i2c_algorithm 中的 master_xfer 函数
• 完成以后通过 i2c_add_numbered_adapter 或 i2c_add_adapter 这两个函数向系统注册设置好的 i2c_adapter

一般 SOC 的 I2C 总线驱动都是由半导体厂商编写的。因此 I2C 总线驱动对我们这些 SOC 使用者来说是被屏蔽掉的，我们只要专注于 I2C 设备驱动即可

I2C 设备驱动

i2c_client 就是描述设备信息的，i2c_driver 描述驱动内容，类似于 platform_driver。

• 一个设备对应一个 i2c_client，每检测到一个 I2C 设备就会给这个 I2C 设备分配一个 i2c_client。
• 重点工作就是构建 i2c_driver，构建完成以后需要向 Linux 内核注册这个 i2c_driver。i2c_driver 注册函数为 int i2c_register_driver
• I2C 设备和驱动的匹配过程是由 I2C 核心来完成的

13、SPI 驱动

SPI 驱动框架和 I2C 很类似，都分为主机控制器驱动和设备驱动

主机控制器驱动

transfer 函数，和 i2c_algorithm 中的 master_xfer 函数一样，控制器数据传输函数。

SPI 主机驱动的核心就是申请 spi_master，然后初始化 spi_master，最后向 Linux 内核注册spi_master。

和 I2C 适配器驱动一样，SPI 主机驱动一般都是 SOC 厂商去编写的，所以我们作为 SOC 的使用者，这一部分的驱动就不用操心了

SPI 设备驱动

• 我们在编写 SPI 设备驱动的时候需要实现 spi_driver
• spi_driver 和 i2c_driver、platform_driver 基本一样，当 SPI 设备和驱动匹配成功以后 probe 函数就会执行。
• spi_driver 初始化完成以后需要向 Linux 内核注册，spi_driver 注册函数为 spi_register_driver

14、RS232/485/GPS 驱动

串口分为 TTL 和 RS232。不管是什么样的接口电平，其驱动程序都是一样的

串口驱动没有什么主机端和设备端之分，就只有一个串口驱动，而且这个驱动也已经由 NXP 官方已经编写好了，我们真正要做的就是在设备树中添加所要使用的串口节点信息。当系统启动以后串口驱动和设备匹配成功，相应的串口就会被驱动起来，生成 /dev/ttymxcX(X=0….n)文件。

15、电容触摸屏驱动

  

老版本的 linux 内核是不支持多点电容触摸的(Multi-touch，简称 MT)。

TypeA时序

TypeB时序

使用“devm_”前缀的函数申请到的资源可以由系统自动释放，不需要我们手动处理。

16、音频驱动

音频编解码芯片，英文名字就是 Audio CODEC

采样率和采样位数就是衡量一款音频 CODEC 最重要的指标

I2S 总线接口

• I2S 接口需要 3 根信号线(如果需要实现收和发，那么就要 4 根信号线，收和发分别使用一根信号线)

随着技术的发展，在统一的 I2S 接口下，出现了不同的数据格式，根据 DATA 数据相对于 LRCK 和 SCLK 位置的不同，出现了 LeftJustified(左对齐)和 RightJustified(右对齐)两种格式

17、CAN 驱动

CAN 的全称为 Controller Area Network，也就是控制局域网络

1. 每个单元都是独立的 CAN 节点

同一个 CAN 网络中所有单元的通信速度必须一致

1.CAN 的特点主要有一下几点：

①、多主控制: 根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级,仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作

②、系统的柔软性: 没有类似于“地址”的信息。因此增加单元时其他单元不需要改变

③、通信速度快，距离远

④、具有错误检测、错误通知和错误恢复功能

⑤、故障封闭功能

⑥、连接节点多

2.CAN 电气属性

CAN 总线上没有节点传输数据的时候一直处于隐性状态

3.CAN协议

CAN 协议提供了 5 种帧格式来传输数据

18、USB驱动

1.usb接口类型

USB A

方口usb B

mini usb

micro usb

usb TypeC

2.USB 电气特性

3.USB 拓扑结构

USB 是主从结构，分为 HOST(主机)和从机(或 DEVICE)

USB OTG：既可以做 HOST 又可以做 DEVICE

支持 OTG 模式的 USB 接口一般都是 Mini USB 或 Micro USB 等这些带有 ID 线的接口

ID 线的高低电平表示 USB 口工作在 HOST 还是 DEVICE 模式：

ID=1：OTG 设备工作在从机模式。

ID=0：OTG 设备工作在主机模式。

19、Linux 块设备驱动

前面我们都是在学习字符设备驱动

块设备驱动要远比字符设备驱动复杂得多，不同类型的存储设备又对应不同的驱动子系统

块设备驱动相比字符设备驱动的主要区别如下：

①、块设备只能以块为单位进行读写访问，块是 linux 虚拟文件系统(VFS)基本的数据传输单位。字符设备是以字节为单位进行数据传输的，不需要缓冲。

②、块设备在结构上是可以进行随机访问的，对于这些设备的读写都是按块进行的，块设备使用缓冲区来暂时存放数据，等到条件成熟以后在一次性将缓冲区中的数据写入块设备中。这么做的目的为了提高块设备寿命。

块设备结构的不同其 I/O 算法也会不同，比如对于 EMMC、SD 卡、NAND Flash 这类没有任何机械设备的存储设备就可以任意读写任何的扇区(块设备物理存储单元)。

块设备中最小的可寻址单元是扇区，一个扇区一般是 512 字节，有些设备的物理扇区可能不是 512 字节。不管物理扇区是多少，内核和块设备驱动之间的扇区都是 512 字节。

1.块设备 I/O 请求过程

内核将对块设备的读写都发送到请求队列 request_queue 中，request_queue 中是大量request(请求结构体)，而 request 又包含了 bio，bio 保存了读写相关数据，比如从块设备的哪个地址开始读取、读取的数据长度，读取到哪里，如果是写的话还包括要写入的数据等。

 

 

20、Linux 网络驱动

1.嵌入式下的网络硬件接口

本章节讨论的都是有线网络！

网卡是独立的硬件，如果电脑要上网就得买个网卡插上去，类似现在的显卡一样。

随着技术的不断发展，现在只需要一个芯片就可以实现有线网卡功能

嵌入式网络硬件分为两部分：MAC 和 PHY

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先不学网络驱动，学不进去- -