linux驱动开发

驱动的两种执行模式

1.直接编译进内核，在内核启动时运行，影响系统启动速度

2.独立成ko模块，依靠内核来运行（启动是在用户层启动，运行还是在内核空间）

ko模式需要内核先运行，驱动再在需要运行的时候运行。

make menuconfig：将驱动编译到内核

写驱动代码步骤

源码：

存放以上代码的文件夹和kernel一个路径

makefile添加规则编译上面的代码为ko

clean: modules换成clean

makefile会被执行两次

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# 装载模块
insmod hello.ko
# 卸载模块
rmmod hello

驱动传参

导出符号表：

math.c导出函数（符号）给其他函数用的，不需要有函数装载卸载声明

导出的函数需要在math.h声明

hello模块可以直接使用math.c模块导出的符号

先安装math.ko，hello.ko安装才能调用

字符设备驱动开发

应用程序和驱动扮演的是什么角色

• 用户态:应用程序

玩策略: 怎么去做
1.一闪一闪
2.10s闪一次,也可以1s闪一次
3.一直亮
4.跑马灯
控制权是在应用程序(程序员)

• 内核态:驱动

玩机制: 能做什么
led: 和灭

1.驱动层运行在内核复制操作硬件实现硬件提供的功能，2.用户层调用驱动层的接口实现具体产品上的功能。3.如果一个驱动存在与内核但没有用户层去调用它，写的再好的驱动也没发挥它的作用。

内核驱动编写步骤和规范

• 驱动和应用的makefile

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ROOTES_DIR =/opt/4412/rootfs
MODULE_NAME = led drv
APP_NAME = led_test
CROSS COMPILE = /home/george/Linux_4412/toolchain/gcc-4.6.4/bin/arm-none-linux-gnueabi-
CC =S(CROSS COMPILE) gcc
ifeq ($(KERNELRELEASE), )
KERNEL_DIR = /home/george/Linux 4412/kernel/1inux-3.14
CUR_DIR = $(shell pwd)
all:
make-C $(KERNEL DIR) M=$(CUR DIR) modules
$(CC) $(APP NAME).c -o $(APP NAME)
clean:
make -c  $(KERNEL DIR) M=$(CUR DIR) clean
rm -rf $(APP NAME)
install:
cp -raf *.ko $(APP NAME) $(ROOTFS DIR) /drv_module
else
obj-m += $(MODULE_NAME)o
endif

• 驱动编写步骤

1.实现模块加载和卸载入口函数

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modeule_init(chr_dev_init)
{
    // 1.申请主设备号（内核中用于区分和管理不同的字符设备）
    register_chrdev(dev_major, "chr_dev_test", &my_fops);
    
    // 2.创建设备节点文件（为用户提供一个可操作的文件接口open()需要）
    struct class *class_create(THIS_MODULE, "chr_cls");
    struct device *device_create(devcls, NULL, MKDEV(dev_major, 0), NULL, "chr2");  // 在/dev/chr2文件代表这个设备
    
    // 3.硬件的初始化：
    {
         // a.地址的映射
        gpx2conf = ioremap(/*物理首地址*/， /*字节数*/); 
        // b.中断的申请

        //c.实现硬件的寄存器初始化
        *gpx2conf &= ~(0x0f<<28);
        *gpx2conf |= ~(0x01<<28);
    }
   
    // 4.实现file_operations
    const struct file operations my fops = 
    {
        .open = chr drv open,
        .read = chr drv read,
        .write = chr drv write,
        .release = chr drv_close,
    };
}

modeule_exit(chr_dev_init)
{
    unregister_chrdev();
    unioremap();
}

MKDEV(主设备号， 次设备号): 主设备好h_bit12，次设备号l_bit20，MKDEV()返回一个32bit的总设备号。

• 面向对象编程思想

1.设计一个对象，描述一个设备的信息

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struct led_desc
{
    unsigned int dev_major; // 设备号
    struct class *cls;
    struct device *dev; // 创建设备文件
    void *reg_virt_base;
};

2.声明一个全局的设备对象句柄

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struct led_desc *led_dev; // 声明指针不实例化对象

3.实例化全局的设备对象

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// GFP_KERNEL表示如果当前内存不够用，该进程会被阻塞
led_dev = kmalloc(sizeof(struct led_desc), GFP_KERNEL);

4.初始化设备对象

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led_dev->meb = ...

• 做出错处理1

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....
led_dev->dev_major = reqister chrdev(0, led dev test , &my fops);
if(led_dev->dev_major)
{
    printk("KERN ERR reqister chrdev error\n");
    ret = -ENODEV; // 设置错误号
    goto err_0; // 跳转到错误退出口退出
}

....
    
err_0:
kfree(led_dev);

return ret；

• 做出错处理2

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led_dev->c1s = class_create (THIS_MODULE, "led_cls");
if (IS_ERR(led_dev->c1s))
{
    printk(KERN_ERR "class create error\n"); // KERN_ERR就是一个数组，用于用户在终端对错误信息的筛选
	ret =PTR_ERR (led_dev->cls) ; //将指针出错的具体原因转换成一个出错码
	return err_1;
}

....
// 梯级返回，不同的地方出错跳转到不同的位置返回    
err_1:
unregister_chrdev(); // 继续向下执行kfree

err_0:
kfree(led_dev);

return ret；

IS_ERR()是内核定义的一个宏，专门用来判断指针是否合法，PTR_ERR()是内核定义的宏，用来将指针出错的原因转换成一个出错码。

当程序出错时，不能立马结束函数退出，要跳转到统一的错误退出口执行在本函数申请的资源释放等处理。

• 操作寄存器地址的方式

U-BOOT和内核的编译和nfs配置

• u-boot.map

U-boot映像的符号表(方便源码跟踪)

• u-boot

U-Boot 的ELF格式

• u-bootbin

U-Boot映像原始的二进制格式(烧录用)
注意exynos4412加入BLI

• u-boot.srec

U-Boot映像的S-Record格式

• 交叉编译工具准备

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# 解压交叉编译工具到/opt目录
tar -xvf gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /opt

# 把工具目录添加到临时环境变量，或者直接永久添加：vim /etc/profile
export PATH=$PATH:/opt/gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/ 

# 使环境变量生效（修改/etc/profile的方式）
source /etc/profile
 
# 验证系统中是否有交叉编译工具
arm-linux-gnueabihf-gcc  -v

系统环境变量文件图示：

• 编译u-boot指令

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# 生成make相应的配置文件.config硬件相关
make ARCH=arm evb-6ulx-512m-nand_defconfig 

# 指定编译器，编译u-boot
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  -j2

ARCH=：指定CPU平台，CROSS_COMPILE：指定交叉编译器

也可以将以上指定平台信息和编译工具信息直接添加到makefile里面：

设置后可直接可使用 make imx_v6_v7_defconfig、make zImage，不需要make时指定硬件平台和编译器

1.从上面可以看出，u-boot和内核的编译都是先通过make [配置文件]，生成好.config文件，再 make zImage或者make uboot(会现读取.config里面平台相关的配置信息)。

• 编译设备树文件

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make dtbs

所有的make结束后生成的目标文件都会在编译结束时打印，通过打印的信息可以找到生成的目标文件。

u-boot源码目录

…board目录：与芯片厂商发布的Demo板子相关的

…common：与平台无关的

查看第一条程序代码：u-boot.lds

.lds是编译过程的链接文件

u-boot tftp客户端和nfs的配置

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# 设置输出为串口0, 波特率115200， 初始化启动的第一个程序linuxrc， nfs的ip和路径， 本机的ip
setenv bootargs console=ttymxc0,115200 init=/linuxrc root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.100:/var/lib/tftpbootip=192.168.1.106

# 设置tftp要下载的文件，和bootz启动的地址
setenv bootcmd tftp 0x80800000 zImage \; tftp 0x83000000 evb-6ulx.dtb \; bootz 0x80800000 - 0x83000000

1.bootz：启动zImage、bootm：启动uImage，注意 “,” 之间的两个参数不能有空格

2.uboot在启动后会把bootargs参数传给内核，内核通过解析参数直到去哪里挂载rootfs。

tftp客户端、nfs配置示例

需要在服务器上安装tftp服务和nfs服务，这里的nfs的目录是/var/lib/tftpboot，如果遇到权限问题，使用chmod 777 /var/lib/tftpboot设置nfs文件夹权限为所有用户可读写。

nfs服务器目录配置

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/var/lib/tftpboot  *(rw,async,subtree_check,no_root_squash)

• 修改内核串口波特率

linux-4.14的默认串口波特率是9600，通过修改/home/hyl/imx6ull/linux-4.14/drivers/tty/serial/serial_core里面的uart_poll_init()函数修改波特率

移植网卡驱动

因为官方Demo内核里面没有我们开发板搭载的网卡驱动，网卡不能工作。

内核图像配置界面：make menuconfig

指定交叉编译工具链前缀：和上面说的修改Makefile指定效果一样

删除时同时按住ctrl再按back

内核的默认参数：

TCP/IP协议：

按空格会有三种选择模式：*表示这个驱动会直接编译进内核，M表示编译成ko单独的模块，空表示不编译。

网卡芯片驱动：

• 网卡移植，平台无关，网络协议支持

• 网卡移植，支持nfs文件系统，支持对应的网卡驱动

• 移植网卡需要的驱动

1.TCP/IP协议 2.nfs文件系统 3.对应的网卡驱动

设备树文件添加cpu与网卡的连接信息：

• RMII接口

• MDIO接口

类似与iic接口都是一根数据一根时钟线，需通过地址来访问挂载在总线上的PHY设备。

• 网络变压器

• 完整网络硬件图

文档参考：【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.1

• PHY是一个标准模块

• PHY芯片地址

I.MX6ULL 有两个网络接口，也就是两个 MAC 外设。

• 时钟可用MPU产生或者外接晶体

• linux内核网络对象

• ARP缓冲中的MAC和硬件MAC

• NAPI思想

根文件系统制作

• 概念

1.根文件系统(root filesystem)是存放运行、维护系统所必须的各
种工具软件、库文件、脚本、配置文件和其他特殊文件的地方,也可
以安装各种软件包。

2.系统运行的第一个文件系统，在根文件系统下还可以挂载其它的文件系统（目录）。

根文件系统主要目录结构：

/proc：虚拟文件系统，将内核的信息暴露给应用层。

程序文件目录：

制作根文件系统是肯定要制作里面的这些程序。

Linux设备文件：

1.Linux系统中所有的对象(包括设备)都是以文件的形式体现的
2.Linux系统中,所有的设备文件(如:设备节点) ,通常放到/dev下，例如:/dev/sda、/dev/led
3.嵌入式系统中只需要创建必须的设备节点即可

c：字符设备，通讯时有先后顺序

b：块设备

通过主、次设备号唯一标识一个设备，主设备号：哪一类设备，次设备号：区分某类设备中的哪个设备，内核中的相关文档Documentatioa/devices. txt

为设备创建一个设备号并关联到驱动

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# 设备文件不能在加载驱动程序时自动创建,要通过指令创建
# 创建设备文件的一般语法:
$ mknod /dev/<device> [cb] <major> <minor>
# 例如:
$mknod /dev/ttySACO c 4 64 # 创建一个字符设备、主设备号、次设备号
$mknod /dev/hdal b 3 1

通过busybox创建了基本的文件系统外，我们还要自己创建设备节点：例如：console

debain：开机启动脚本/etc/init.d/rcS，centos：开机启动脚本/etc/rc.d/rc.local

根文件系统内容制作

Busybox是UNIX系统的一个工具集，常用于制作以下linux命令：

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cat, chmod, chown, cp, chroot, copi, date, dd, df, dmesg,
dos2unix, du, echo, env, expr, find, grep, gunzip, gzip, halt,
d, ifconfig, init, insmod, etc

busybox将这些命令的库都共用起来，达到小巧的特性

vim /etc/inittab：系统初始化第一个要解析运行的脚本，这里指定运行rcS

vim /etc/init.d/rcS：上面指定要运行的脚本文件

echo /sbtn/ndeva/proc/sys/kernel/hotplug mdev -s：热插拔，让设备比如usb一插上生成对应的设备节点。

vim /etc/fstable：指定要挂载的文件系统，在上面用/bin/mount -a表示

vim /etc/profile

根文件系统格式

不同格式的文件系统储存介质不一样，需要根据硬件制作相应格式的文件系统。norflash可以按字节读取，可以直接在flash上运行程序，所以一般由来存储bootloader。

CRAMFS：只读文件系统。

JFFS2：日志文件系统，所以使用过程中可以随时掉电，嵌入式系统常用。

EXT2 over RAM disk：可以将内存虚拟为磁盘。

示例：制作ramdisk文件系统

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# 通过NFS测试以后,就可以制作ramdisk文件系统了,具体如下,
# 1、制作一个大小为8M的镜像文件
cd ~
dd if=/dev/zero of=ramdisk bs=1k count=8192 (ramdisk为8M)
#2、格式化这个镜像文件为ext2
mkfs.ext2 -F ramdisk
#3、在mount下面创建initrd目录作为挂载点
sudo mkdir /mnt/initrd
# 4.挂载
mount -t ext2 ramdisk /mnt/initr d