Linux驱动常见面试题

笔试题：
1、 Linux设备中字符设备与块设备有什么主要的区别？请分别列举一些实际的设备说出它们是属于哪一类设备。
 答：字符设备：字符设备是个能够像字节流（类似文件）一样被访问的设备，由字符设备驱动程序来实现这种特性。字符设备驱动程序通常至少实现open,close,read和write系统调用。字符终端、串口、鼠标、键盘、摄像头、声卡和显卡等就是典型的字符设备。
块设备：和字符设备类似，块设备也是通过/dev目录下的文件系统节点来访问。块设备上能够容纳文件系统，如：u盘，SD卡，磁盘等。
    字符设备和块设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，也就是内核及驱动程序之间的软件接口，而这些不同对用户来讲是透明的。在内核中，和字符驱动程序相比，块驱动程序具有完全不同的接口


2、查看驱动模块中打印信息应该使用什么命令？如何查看内核中已有的字符设备的信息？如何查看正在使用的有哪些中断号？
答：1) 查看驱动模块中打印信息的命令：dmesg
2) 查看字符设备信息可以用lsmod 和modprobe，lsmod可以查看模块的依赖关系，modprobe在加载模块时会加载其他依赖的模块。
    3）显示当前使用的中断号cat /proc/interrupt


3、Linux中引入模块机制有什么好处？


答：首先，模块是预先注册自己以便服务于将来的某个请求，然后他的初始化函数就立即结束。换句话说，模块初始化函数的任务就是为以后调用函数预先作准备。
好处：
1) 应用程序在退出时，可以不管资源的释放或者其他的清除工作，但是模块的退出函数却必须仔细此撤销初始化函数所作的一切。
2) 该机制有助于缩短模块的开发周期。即：注册和卸载都很灵活方便。
4、copy_to_user()和copy_from_user()主要用于实现什么功能？一般用于file_operations结构的哪些函数里面？
答：由于内核空间和用户空间是不能互相访问的，如果需要访问就必须借助内核函数进行数据读写。copy_to_user():完成内核空间到用户空间的复制，copy_from_user()：是完成用户空间到内核空间的复制。一般用于file_operations结构里的read,write,ioctl等内存数据交换作用的函数。当然，如果ioctl没有用到内存数据复制，那么就不会用到这两个函数。


5、请简述主设备号和次设备号的用途。如果执行mknod chartest c 4 64，创建chartest
设备。请分析chartest使用的是那一类设备驱动程序。


答：
1）主设备号：主设备号标识设备对应的驱动程序。虽然现代的linux内核允许多个驱动程序共享主设备号，但我们看待的大多数设备仍然按照“一个主设备对应一个驱动程序”的原则组织。
   次设备号：次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。依赖于驱动程序的编写方式，我们可以通过次设备号获得一个指向内核设备的直接指针，也可将此设备号当作设备本地数组的索引。
2）chartest 由驱动程序4管理，该文件所指的设备是64号设备。（感觉类似于串口终端或者字符设备终端）。


6、设备驱动程序中如何注册一个字符设备？分别解释一下它的几个参数的含义。


答：注册一个字符设备驱动有两种方法：
1） void cdev_init(struct cdev *cdev, struct file_operations *fops)
该注册函数可以将cdev结构嵌入到自己的设备特定的结构中。cdev是一个指向结构体cdev的指针，而fops是指向一个类似于file_operations结构（可以是file_operations结构，但不限于该结构）的指针.
2） int register_chrdev(unsigned int major, const char *namem , struct file)operations *fopen);
该注册函数是早期的注册函数，major是设备的主设备号，name是驱动程序的名称，而fops是默认的file_operations结构（这是只限于file_operations结构）。对于register_chrdev的调用将为给定的主设备号注册0－255作为次设备号，并为每个设备建立一个对应的默认cdev结构。


7、请简述中断于DMA的区别。Linux设备驱动程序中，使用哪个函数注册和注销中断处理程序？
答：1）DMA：是一种无须CPU的参与就可以让外设与系统内存之间进行双向数据传输的硬件机制，使用DMA可以使系统CPU从实际的I／O数据传输过程中摆脱出来，从而大大提高系统的吞吐率。
中断：是指CPU在执行程序的过程中，出现了某些突发事件时CPU必须暂停执行当前的程序，转去处理突发事件，处理完毕后CPU又返回源程序被中断的位置并继续执行。
所以中断和MDA的区别就是MDA不需CPU参与而中断是需要CPU参与的。
2）中断注册函数和中断注销函数
注册中断：
int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long flags, const char *dev_name, void *dev_id);
参数意义依次是：中断号，中断处理函数，中断管理有关的掩码，中断请求设备名，中断信号线。
过程是：dev_name设备请求中断->cpu分配中断号->设置中断管理的掩码->分配中断信号线->处理中断函数->完成之后再根据设置情况返回原处理程序处继续处理程序。
注销中断；
Void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);
释放中断和中断信号线


8、中断和轮询哪个效率高？怎样决定是采用中断方式还是采用轮询方式去实现驱动？
答：中断是CPU处于被中状态下来接受设备的信号，而轮询是CPU主动去查询该设备是否有请求。凡事都是两面性，所以，看效率不能简单的说那个效率高。如果是请求设备是一个频繁请求cpu的设备，或者有大量数据请求的网络设备，那么轮询的效率是比中断高。如果是一般设备，并且该设备请求cpu的频率比较底，则用中断效率要高一些。
9、下图是CS8900的内部芯片结构：




简单描述在这个图中802.3 MAC Engine, Encoder/Decoder, 10Base-T RX/RX filter & Receiver/ Transmitter 这三个部件的主要功能。
答：802.3 MAC Engine：以太网广播地址控制器,他控制所有以太网发送和接受的数据，其中包括，冲突检测、线路监听、报头，和冗余校验等
Encoder/Decoder：译码解码器。封装／拆卸报头或者协议头。
10Base-T RX/RX filter & Receiver/ Transmitter：数据发送／接收缓冲池。当数据写入发送缓冲池时，在线路畅通的情况下会发送出去。
10、简单描述在cs8900的驱动设计中, 发送数据frame和接收数据frame的过程。
答：1）发送流程如下：
（1） 网络设备驱动程序从上层协议传递过来的sk_buff参数获得数据包的有效数据和长度，将有效数据放入临时缓冲区。
（2） 对于以太网，如果有效数据的长度小于以太网冲突检测所要求的数据桢的最小长度，则给临时缓冲区的末尾填充0
（3） 设置硬件寄存器，驱使网络设备进行数据发送操作。
2）接收流程
   网络设备接收数据主要是由中断引发设备的中断处理函数，中断处理函数判断中断类型，如果为接收中断，则读取接受到的数据，分配sk_buff数据结构和数据缓冲区，将接收到的数据复制到数据缓冲区，并调用netif_rx()函数将sk_buff传递给上层协议。
11、Cs8900.c的驱动中，发送数据frame的过程为什么需要关中断?接收数据frame的过程为什么不需要关中断?
答：在发送过程中是不能被打断的，在发送的过程中，不关中断，这时候如果有一个中断到来，那么cpu有可能会去相应该中断，如果该中断需要改写的数据是发送数据的缓冲区，那么缓冲区将被改写，这样即使cpu相应完毕该中断，再发送数据，接收方也不认识该数据不能接收。
  在接收数据的时候，需要打开中断，是因为要及时的相应接收到的数据。如果关闭该中断，那么接收方有可能因为相应优先级高的中断而接收不到该数据。
12、简单描述skbuff这个数据结构在网络结构中所起到的作用,为什么需要一个skbuff,它的分配和释放主要都在什么部位
答：sk_buff结构非常重要，它的含义为“套接字缓冲区”，用于在linux网络子系统中的盖层之间传递数据。
当发送数据包时，linux内核的网络处理模块必须建立一个包含要传输的数据包的sk_buff，然后将sk_buff递交给下层，各层在sk_buff中添加不同的协议头直至交给网络设备发送。同样的，当网络设备从网络媒介上接受到数据包后，它必须将接受到的数据转换为sk_buff数据结构并传递给上层，盖层不抛去相应的协议头直至交给用户。
分配sk_buff在接受一开始就应该分配，在发送完毕数据之后可以释放sk_buff
上机题：
1、用中断方式实现一个串口的字符设备驱动程序。