Linux驱动程序开发(zt)

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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，，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