Linux驱动介绍和实例快速入门-linux驱动程序开发实例

一、驱动简介

Linux的驱动在本质上就是一种软件程序，上层软件可以在不了解硬件特性的情况下，通过驱动提供的接口，和计算机硬件进行通信。

系统调用是内核和应用程序之间的接口，而驱动程序是内核和硬件之间的接口。它为应用程序屏蔽了硬件的细节，故对应用程序而言，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。

Linux驱动程序只是内核的一部分，管理着系统的设备控制器和相应的设备。驱动程序，英文名为"Device Driver"，全称“设备驱动程序”，是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口才能控制硬件设备的工作。它主要完成以下几个功能：

对设备初始化和释放
传送数据到硬盘和从硬件读取数据
检测和处理设备出现的错误

二、驱动分类

计算机系统的硬件由CPU、存储器、和外设组成。驱动针对的对象都是存储器和外设。Linux将外设和存储器分为三个基础大类：块设备驱动，字符设备驱动和网络设备驱动。

2.1、字符设备驱动

字符设备是指那些必须以串行顺序访问的设备，字符设备的I/O操作没有通过缓存。字符设备的操作是以字节为基础的，但一次只能执行一个字节的操作。典型的如LCD、串口、LED、蜂鸣器、触摸屏等等。

2.2、块设备驱动

块设备是相对于字符设备定义的，可以以任意顺序进行访问，以块为单位进行操作。块设备驱动的读写都有缓存来支持，且块设备必须能够随机存取。设备的块大小是设备本身设计时定义好的，软件是不能去更改的，不同设备的块大小可以不一样。常见的块设备都是存储类设备，如：硬盘、NandFlash、iNand、SD等等。

2.3、网络设备驱动

网络设备驱动是专为网卡设计的驱动模型，面向数据包的接收和发送而设计的，它并不应对于文件系统的节点。即不对应于/dev目录下的设备文件，应用程序最终用套间字socket完成与网络设备的接口。

除网络设备外，字符设备和块设备都被映射到Linux文件系统的文件和目录，通过文件系统的系统调用接口open(),write(),read(),close()等即可访问字符设备和块设备。块设备比字符设备复杂，在它上面会首先建立一个磁盘/Flash文件系统，如FAT、EXT3、TAFFS、TFFS等，FAT、EXT3、TAFFS、TFF规范了文件和目录在存储介质上的组织。

三、驱动的编译和加载

Linux设备驱动属于内核的一部分，Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载

3.1、编译方式

内部编译：将驱动程序源码放在内核源码目录中进行编译。

外部编译：将驱动程序源码放在内核源码目录外进行编译。

3.2、加载方式

静态加载：编译进uImage中，系统启动时直接加载。

动态加载：编译.ko文件，动态加载驱动模块。

3.3、编译器

x86等架构使用gcc即可，arm嵌入式设备需要使用相关交叉编译工具链。

下面是内核模块的例子：

#include <linux/module.h>    //所有模块都需要的头文件 
#include <linux/init.h>      // init&exit相关宏 
static int __init hello_init (void) 
{
    printk("Hello module init\n");
    return 0; 
} 
static void __exit hello_exit (void) 
{
    printk("Hello module exit\n");
}
module_init(hello_init); 
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("LYB");
MODULE_DESCRIPTION("test for linux driver");

分析上述程序，发现一个Linux内核模块需包含模块初始化和模块卸载函数，前者在insmod的时候运行，后者在rmmod的时候运行。初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义，否则会出现编译错误。

初始化与卸载函数必须在宏module_init和module_exit使用前定义，否则会出现编译错误。程序中的：

MODULE_LICENSE(“GPL”)用于声明模块的许可证。
MODULE_AUTHOR：说明作者信息.。
MODULE_DESCRIPTION：对本驱动的描述。

如果要将其直接编译入Linux内核，则需要将源代码文件拷贝入Linux内核源代码的相应路径里，并修改Makefile。

模块初始化函数的任务是为以后调用模块的函数做准备，好像是模块说,：" 我在这里, 这是我能做的”。

模块的退出函数( 例子里是 hello_exit )就在模块被卸载时调用.，它好像告诉内核, "我不再在那里了, 不要要求我做任何事了”。

这种编程的方法类似于事件驱动的编程, 但是虽然不是所有的应用程序都是事件驱动的, 每个内核模块都是。另外一个主要的不同, 在事件驱动的应用程序和内核代码之间, 是退出函数: 一个终止的应用程序可以在释放资源方面懒惰, 或者完全不做清理工作, 但是模块的退出函数必须小心恢复每个由初始化函数建立的东西, 否则会保留一些东西直到系统重启。

编写Makerfile文件来进行编译：

KERN_DIR ?= /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)/        #内核源码目录/usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)/
PWD := $(shell pwd)
obj-m := driverTest.ko
all:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) clean

3.4、驱动加载、卸载及debug

insmod ./hello.ko    // 加载驱动
lsmod                // 查看已加载的驱动
lsmod | grep hello   // 使用grep检索过滤
demsg                // 查看内核打印信息
demsg | grep hello   // 使用grep过滤信息
rmmod hello          // 卸载驱动