Linux驱动开发简易流程

本文介绍: 其中“mknod”是创建节点命令，“/dev/chrdevbase”是要创建的节点文件，“c”表示这是个字符设备，“200”是设备的主设备号，“0”是设备的次设备号。当我们在用户空间想要实现对内核的操作，比如使用 open 函数打开/dev/led 这个驱动，因为用户空间不能直接对内核进行操作，因此必须使用一个叫做“系统调用”的方法来实现从用户空间“陷入”到内核空间，这样才能实现对底层驱动的操作。第 3 行，obj-m 表示将 chrdevbase.c 这个文件编译为 chrdevbase.ko 模块。

能力矩阵

基础能力矩阵

熟悉c/c++、熟悉数据结构
熟悉linux系统，Shell脚本，Makefile/cmake/mk
文件IO、多线程、竞争、并发、阻塞、同步、中断、网络
熟悉调试工具，gdb、gdbserver、tcpdump

行业能力矩阵

平台相关：海思/君正/安霸MTK/NXP/高通/全志/瑞芯微/展讯等平台
系统相关：bootloader、kernel、文件系统，定制、移植、开发与适配
Android相关：HAL、Services、Framework
驱动相关：驱动设备模型、GPIO、I2C、SPL、UART、WIFl、LCD、USB
物联网相关：TCP/IP、UDP、COAP、MQTT、HTTP
流媒体相关：RTMP、RTSP、Iive555
视频编码：H264、H265、MJPEG
音频编码：PCM、AAC、G711
流媒体框架：FFMEPG、GStreamer、WebRTC

开发流程

编译系统，跑起来（编译从原厂拿来的SDK，看看有没有报错，做好一些必要的ignore管理）
按照需求将项目外设逐个调通（遥控，WIFI，蓝牙，LED灯光等等）
封装Android接口，让应用能用上驱动（这个一般是移植的芯片厂家的驱动，适配好就行）
应用实现（根据客户的需求定制各种功能）

Linux驱动开发思维

1、Liuⅸ下驱动开发直接操作寄存器不现实。
2、根据Linuⅸ下的各种驱动框架进行开发。一定要满足框架，也就是Linux下各种驱动框架的掌握。
3、驱动最终表现就是/dev/xxx文件。打开、关闭、读写。
4、现在新的内核支持设备树，这个一个dts文件，此文件描述了板子的设备信息。

linux驱动开发分类

linux驱动分为三大类：
1、字符设备驱动，最多的。
2、块设备驱动，存储
3、网络设备驱动，
一个设备不说是一定只属于某一个类型。比如USB WIFI,SDIO WIFI,属于网络设备驱动，因为他又有USB和SDIO,因此也属于字符设备驱动。

应用程序和驱动交互原理

用户空间（用户态）和内核空间（内核态）：
Linux操作系统内核和驱动程序运行在内核空间、应用程序运行在用户空间。
应用程序想要访问内核资源，怎么办，有三种方法：系统调用、异常（中断）和陷入。我们一般都是系统调用的方式。
Linux 驱动属于内核的一部分，因此驱动运行于内核空间。
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当我们在用户空间想要实现对内核的操作，比如使用 open 函数打开/dev/led 这个驱动，因为用户空间不能直接对内核进行操作，因此必须使用一个叫做“系统调用”的方法来实现从用户空间“陷入”到内核空间，这样才能实现对底层驱动的操作。
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驱动的加载与卸载

Linux 驱动有两种运行方式。

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。
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。
驱动编译完成以后扩展名为.ko，有两种命令可以加载驱动模块：insmod和modprobe。insmod 命令不能解决模块的依赖关系，modprobe 会分析模块的依赖关系，然后会将所有的依赖模块都加载到内核中。驱动模块的卸载使用命令“rmmod”即可
简单看懂驱动代码

 /* 驱动入口函数 */ 
 static int __init xxx_init(void) 
 { 
 
/* 入口函数具体内容 */ 
 
return 0; 
 } 
  
 /* 驱动出口函数 */ 
 static void __exit xxx_exit(void) 
 { 
 
/* 出口函数具体内容 */ 
 } 
 
 /* 将上面两个函数指定为驱动的入口和出口函数 */ 
 module_init(xxx_init); 
 module_exit(xxx_exit);

设备号的分配

静态分配设备号
注册字符设备的时候需要给设备指定一个设备号，这个设备号可以是驱动开发者静态的指定一个设备号，比如选择 200 这个主设备号。有一些常用的设备号已经被 Linux 内核开发者给分配掉了，具体分配的内容可以查看文档 Documentation/devices.txt。
使用“cat /proc/devices”命令即可查看当前系统中所有已经使用了的设备号。
动态分配设备号
静态分配设备号需要我们检查当前系统中所有被使用了的设备号，然后挑选一个没有使用的。而且静态分配设备号很容易带来冲突问题，Linux 社区推荐使用动态分配设备号，在注册字符设备之前先申请一个设备号，系统会自动给你一个没有被使用的设备号，这样就避免了冲突。
设备号的申请函数如下：
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, const char *name)
注销字符设备之后要释放掉设备号，设备号释放函数如下：
void unregister_chrdev_region(dev_t from, unsigned count)

内核打印

在驱动中可以使用printk 来输出信息，而不用printf。因为在 Linux 内核中没有 printf 这个函数。printk 相当于printf 的孪生兄妹，printf运行在用户态，printk 运行在内核态。在内核中想要向控制台输出或显示一些内容，必须使用printk 这个函数。不同之处在于，printk 可以根据日志级别对消息进行分类，一共有 8 个消息级别，这 8 个消息级别定义在文件 include/linux/kern_levels.h 里面，定义如下：

#define KERN_SOH "01" 
#define KERN_EMERG KERN_SOH "0" /* 紧急事件，一般是内核崩溃 */ 
#define KERN_ALERT KERN_SOH "1" /* 必须立即采取行动 */ 
#define KERN_CRIT KERN_SOH "2" /* 临界条件，比如严重的软件或硬件错误*/ 
#define KERN_ERR KERN_SOH "3" /* 错误状态，一般设备驱动程序中使用 KERN_ERR 报告硬件错误 */ 
#define KERN_WARNING KERN_SOH "4" /* 警告信息，不会对系统造成严重影响 */ 
#define KERN_NOTICE KERN_SOH "5" /* 有必要进行提示的一些信息 */ 
#define KERN_INFO KERN_SOH "6" /* 提示性的信息 */ 
#define KERN_DEBUG KERN_SOH "7" /* 调试信息 */

一共定义了 8 个级别，其中 0 的优先级最高，7 的优先级最低。如果要设置消息级别，参考如下示例：

printk(KERN_EMERG "gsmi: Log Shutdown Reasonn");

上述代码就是设置“gsmi: Log Shutdown Reasonn”这行消息的级别为 KERN_EMERG。在具体的消息前面加上 KERN_EMERG 就可以将这条消息的级别设置为 KERN_EMERG。
如果使用 printk 的时候不显式的设置消息级别，那么 printk 将会采用默认级别MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT，MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT 默认为 4
在控制台修改内核打印级别：

echo 7 > echo 7 > /proc/sys/kernel/printk

在uboot下改变内核打印级别：

env set loglevel7 
env save

编译驱动程序和测试 APP

编译驱动程序

当我们编写完一个驱动程序之后会生成.c文件，比如chrdevbase.c 这个文件。我们需要将其编译为.ko 模块.

创建Makefile 文件，然后在其中输入如下内容：

 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek 
 CURRENT_PATH := $(shell pwd) 
 obj-m := chrdevbase.o 
  
 build: kernel_modules 
  
 kernel_modules: 
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules 
 clean:  
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

第 1 行，KERNELDIR 表示开发板所使用的 Linux 内核源码目录，使用绝对路径，大家根据自己的实际情况填写即可。
第 2 行，CURRENT_PATH 表示当前路径，直接通过运行“pwd”命令来获取当前所处路径。
第 3 行，obj-m 表示将 chrdevbase.c 这个文件编译为 chrdevbase.ko 模块。
第 8 行，具体的编译命令，后面的 modules 表示编译模块，-C 表示将当前的工作目录切换到指定目录中，也就是 KERNERLDIR 目录。M 表示模块源码目录，“make modules”命令中加入 M=dir 以后程序会自动到指定的 dir 目录中读取模块的源码并将其编译为.ko 文件。
2. Makefile 编写好以后输入“make”命令编译驱动模块，
3. 编译成功以后就会生成一个叫做 chrdevbaes.ko 的文件，此文件就是 chrdevbase 设备的驱动模块。至此，chrdevbase 设备的驱动就编译成功。

编译测试 APP

测试 APP 比较简单，只有一个文件，因此就不需要编写 Makefile 了，直接输入命令编译。
因为测试 APP 是要在 ARM 开发板上运行的，所以需要使用 arm-linux-gnueabihf-gcc 来编译，输入如下命令：

arm-linux-gnueabihf-gcc chrdevbaseApp.c -o chrdevbaseApp

编译完成以后会生成一个叫做 chrdevbaseApp 的可执行程序，输入如下命令查看chrdevbaseAPP 这个程序的文件信息：

file chrdevbaseApp

运行测试

拷贝文件
加载 chrdevbase.ko 驱动文件

insmod chrdevbase.ko

或者

modprobe chrdevbase.ko

如果使用 modprobe 加载驱动的话，可能会出现如下的提示：
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modprobe 提示无法打开“modules.dep”这个文件，因此驱动挂载失败了。我们不用手动创建 modules.dep 这个文件，直接输入 depmod 命令即可自动生成modules.dep，有些根文件系统可能没有 depmod 这个命令，如果没有这个命令就只能重新配置busybox，使能此命令，然后重新编译 busybox。输入“depmod”命令以后会自动生成 modules.alias、modules.symbols 和 modules.dep 这三个文件，
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然后重新使用modprobe 加载 chrdevbase.ko
输入如下命令查看当前系统中有没有 chrdevbase 这个设备：

cat /proc/devices

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创建设备节点文件

驱动加载成功需要在/dev 目录下创建一个与之对应的设备节点文件，应用程序就是通过操作这个设备节点文件来完成对具体设备的操作。输入如下命令创建/dev/chrdevbase 这个设备节点文件：

mknod /dev/chrdevbase c 200 0

其中“mknod”是创建节点命令，“/dev/chrdevbase”是要创建的节点文件，“c”表示这是个字符设备，“200”是设备的主设备号，“0”是设备的次设备号。创建完成以后就会存在/dev/chrdevbase 这个文件，可以使用“ls /dev/chrdevbase -l”命令查看，
如果 chrdevbaseAPP 想要读写 chrdevbase 设备，直接对/dev/chrdevbase 进行读写操作即可。