第一讲 Linux设备驱动程序设计入门 引言

目前，Linux软件工程师大致可分为两个层次：

　　（1）Linux应用软件工程师（Application Software Engineer）：主要利用C库函数和Linux API进行应用软件的编写；

　　（2）Linux固件工程师（Firmware Engineer）：主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计。

　　一般而言，固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次，而其中的Linux设备驱动编程又是Linux程序设计中比较复杂的部分，究其原因，主要包括如下几个方面：

　　（1）设备驱动属于Linux内核的部分，编写Linux设备驱动需要有一定的Linux操作系统内核基础；

　　（2）编写Linux设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解，大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的；

　　（3）Linux设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制，容易出现bug；

　　（4）由于属于内核的一部分，Linux设备驱动的调试也相当复杂。

　　目前，市面上的Linux设备驱动程序参考书籍非常稀缺，少有的经典是由Linux社区的三位领导者Jonathan Corbet、Alessandro Rubini、Greg Kroah-Hartman编写的《Linux Device Drivers》（目前该书已经出版到第3版，中文译本由中国电力出版社出版）。该书将Linux设备驱动编写技术进行了较系统的展现，但是该书所列举实例的背景过于复杂，使得读者需要将过多的精力投放于对例子背景的理解上，很难完全集中精力于Linux驱动程序本身。往往需要将此书翻来覆去地研读许多遍，才能有较深的体会。

（《Linux Device Drivers》中英文版封面）

　　本文将仍然秉承《Linux Device Drivers》一书以实例为主的风格，但是实例的背景将非常简单，以求使读者能将集中精力于Linux设备驱动本身，理解Linux内核模块、Linux设备驱动的结构、Linux设备驱动中的并发控制等内容。另外，与《Linux Device Drivers》所不同的是，针对设备驱动的实例，本文还给出了用户态的程序来访问该设备，展现设备驱动的运行情况及用户态和内核态的交互。相信阅读完本文将为您领悟《Linux Device Drivers》一书中的内容打下很好的基础。

　　本文中的例程除引用的以外皆由笔者亲自调试通过，主要基于的内核版本为Linux 2.4，例子要在其他内核上运行只需要做少量的修改。
构建本文例程运行平台的一个较好方法是：在Windows平台上安装VMWare虚拟机，并在VMWare虚拟机上安装Red Hat。注意安装的过程中应该选中"开发工具"和"内核开发"二项（如果本文的例程要在特定的嵌入式系统中运行，还应安装相应的交叉编译器，并包含相应的Linux源代码），如下图：