linux驱动开发入门：基础知识指南-猿码集

1. Linux驱动开发概述

Linux驱动开发是指为Linux内核中的设备编写驱动程序，以便操作系统能够正确识别和与设备进行通信。这些驱动程序实现了操作系统与设备之间的接口，使得用户可以方便地使用各种硬件设备。

1.1 驱动开发的基本概念

驱动程序是位于操作系统内核空间的软件模块，它负责管理和控制设备的功能。驱动程序与硬件设备通过设备文件进行交互，设备文件是操作系统在设备插入时自动创建的，通过设备文件我们可以访问设备的功能。

2. 驱动开发的基础知识

2.1 设备树

设备树是一种描述硬件设备的数据结构，它用于在Linux内核中描述各种设备的属性和连接关系。驱动程序使用设备树来获取有关设备的信息，并与设备进行通信。


struct device_node *node = of_find_node_by_name(NULL, "my_device");
if (node) {
    u32 value;
    of_property_read_u32(node, "reg", &value);
    pr_info("Device reg property value: %x\n", value);
    of_node_put(node);
}

在上面的示例中，我们使用`of_find_node_by_name()`函数查找设备树中名为"my_device"的节点，并读取其中名为"reg"的属性值。

2.2 裸机驱动

裸机驱动是在没有使用操作系统的情况下，直接与硬件设备进行交互的驱动程序。裸机驱动程序的编写需要对设备硬件的了解，以及对设备的寄存器和功能的访问方法的熟悉。


#define LED_BASE_ADDR 0x80000000
void led_init(void)
{
    *(volatile uint32_t*)(LED_BASE_ADDR + 0x00) = 0x01; // Set LED value to 1
}
void led_on(void)
{
    *(volatile uint32_t*)(LED_BASE_ADDR + 0x04) = 0x01; // Set LED on
}
void led_off(void)
{
    *(volatile uint32_t*)(LED_BASE_ADDR + 0x04) = 0x00; // Set LED off
}

上述代码是一个简单的裸机驱动示例，通过对指定地址进行读写操作来控制LED的状态。

2.3 内核模块

内核模块是一种可以在运行中向Linux内核中添加功能的程序。这些模块可以包含驱动程序或其他可以扩展内核功能的代码。内核模块可以通过加载和卸载来动态添加或移除。


#include 
#include 
#include 
 
static int __init my_module_init(void)
{
    pr_info("My module loaded\n");
    return 0;
}
 
static void __exit my_module_exit(void)
{
    pr_info("My module unloaded\n");
}
 
module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("My Module");

上述代码是一个简单的内核模块示例，使用`module_init()`和`module_exit()`宏来指定模块的初始化和清理函数。`MODULE_LICENSE()`、`MODULE_AUTHOR()`和`MODULE_DESCRIPTION()`宏用于指定模块的许可证、作者和描述信息。

3. Linux驱动开发实践

3.1 设备驱动程序框架

Linux内核提供了一个设备驱动程序框架，使得驱动程序的编写更加方便和模块化。这个框架包括了设备注册、设备文件操作、中断处理等功能，开发人员只需要关注设备特定的部分。

3.2 设备注册

在驱动程序中，设备需要先进行注册，注册完成后才能被系统正常识别和使用。设备注册需要指定设备的名称、设备文件的类型和设备特定的操作函数。


#include 
static struct platform_driver my_driver = {
    .probe = my_probe,
    .remove = my_remove,
    .driver = {
        .name = "my_device",
        .owner = THIS_MODULE,
    },
};
static int __init my_driver_init(void)
{
    return platform_driver_register(&my_driver);
}
static void __exit my_driver_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&my_driver);
}
module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("My Device Driver");

上述代码是一个简单的设备注册示例，通过使用`platform_driver_register()`函数注册设备驱动程序。

3.3 设备文件操作

设备文件操作是驱动程序中最常见的操作之一，它通过设备文件与用户空间进行通信。设备文件操作包括打开设备、读取设备、写入设备和关闭设备等操作。


#include 
static struct file_operations my_fops = {
    .open = my_open,
    .release = my_release,
    .read = my_read,
    .write = my_write,
};
static int __init my_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct device *dev = &pdev->dev;
    // Create device file
    my_device = MKDEV(MAJOR_NUM, MINOR_NUM);
    cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
    cdev_add(&my_cdev, my_device, 1);
    device_create(my_class, dev, my_device, NULL, "my_device");
    return 0;
}

上述代码是一个简单的设备文件操作示例，通过使用`cdev_init()`、`cdev_add()`和`device_create()`函数创建设备文件，并指定设备文件的操作函数。

3.4 中断处理

中断处理是驱动程序中用于处理硬件中断事件的部分。中断处理函数会在硬件设备触发中断时被调用，用于执行相应的中断处理操作。


#include 
static irqreturn_t my_interrupt_handler(int irq, void *dev_id)
{
    // Handle interrupt event
    return IRQ_HANDLED;
}
static int __init my_probe(struct platform_device *pdev)
{
    // Request IRQ
    if (request_irq(irq, my_interrupt_handler, IRQF_TRIGGER_RISING, "my_device", NULL)) {
        pr_err("Failed to request IRQ\n");
        return -EINVAL;
    }
    // Enable IRQ
    enable_irq(irq);
    return 0;
}

上述代码是一个简单的中断处理示例，使用`request_irq()`函数请求中断，并指定中断处理函数。

4. 总结

本文介绍了Linux驱动开发的基础知识和实践，包括设备树、裸机驱动、内核模块、设备驱动程序框架、设备注册、设备文件操作和中断处理等内容。驱动开发对于理解和掌握硬件设备的工作原理非常重要，希望本文能够帮助读者入门Linux驱动开发。

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