70天30节Linux驱动开发.md · xiaomixiajiangyou/70天30节linux驱动开发入门笔记

# 2021/11/11号

```
主题：01_单片机程序和linux程序上层到下层的完整比较
```

准备工作

参考 01_单片机程序和linux程序上层到下层的完整比较.md

## 1.1单片机程序和linux程序的分层

### 1.1.1区别

```
单片机：可以直接操作寄存器

linux：在main函数中无法直接读写寄存器

为什么？

因为安全，在一个团队开发中，分层能够保护硬件。

linux中每层权限不一（有MMU：内存管理单元），在单片机stm32f103中没有权限管理
```

### 1.1.2linux APP调用驱动流程

![image-20211115090855860](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115090855860.png)

![image-20211123092443347](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211123092443347.png)

```
1.app调用open函数

2.设置寄存器的值

3.触发一个swi异常

4.内核态有swi异常处理函数

5.判断寄存器的值，进入相应的文件（普通文件、字符设备、块设备）

6.如果是字符设备，通过主设备号，在chrdevs[主]数组中找到驱动

7.调用驱动中file_operations实现的open、read、write函数
```

## 1.2Linux应用程序和驱动程序的接口

![image-20211115091617007](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115091617007.png)

app必须要用统一的接口函数，例如open、read、write（这些接口是由glibc库中实现的）

驱动则有对应的函数

这整个就是框架

驱动 = 框架 + 硬件操作

![image-20211115092148146](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115092148146.png)

## 1.3字符设备驱动程序框架

### 1.3.1如何写驱动？

![image-20211115102245768](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115102245768.png)

```
1.确定主设备号major
2.构造结构体file_operations
3.注册结构体
4.入口函数
5.出口函数
6.填充信息	
```

module_init是一个宏，module_init(hello_init)就相当于给 hello_init取别名

### 1.3.2次设备号有什么作用？

1.同一个设备种类，不同的设备。例如主设备号是灯，次设备号是不同的灯

2.次设备号的含义由编程人员决定

![image-20211115095003606](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115095003606.png)

### 1.3.3open中的字符串保存在哪？

例：open("/dev/hello",RW)

![image-20211115095410882](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115095410882.png)

通过判断不同的参数，放到不同的寄存器。

例如只有一个参数，/dev/hello首地址 放到a1寄存器，内核通过a1可以找到这个字符串。

### 4.将驱动编进内核，module_init的不同体现

![](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211115100122459.png)

# 2021/11/13号

```
主题：02_彻底分析第一个驱动程序
```

准备工作

参考  02_彻底分析第一个驱动程序.md

## 2.1_入口出口细讲

编译驱动程序时，需要有内核的源码

可以在Ubuntu中编译、也可以在板子上编译

```
insmod：装载驱动

lsmod：查看驱动

rmmod：移除驱动

```

### 2.1.1编写一个最简单的驱动程序

![image-20211123095034384](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211123095034384.png)

```
1.头文件
2.入口出口函数
3.注册信息

使用printk()打印注册信息、使用dmesg查看打印出来的信息
```

### 2.1.2入口出口宏讲解

![image-20211123095906663](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211123095906663.png)

![image-20211123095931418](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211123095931418.png)

```
因为只用一次入口函数，用完就不需要了，所以定义了__init宏，表示用完之后删除它

而出口函数你不卸载它就不会用啊，为什么也要宏呢？

因为将驱动编进内核时，无需出口，出口函数无存在必要
```

## 2.2字符设备调用关系

谁调用谁？

```
上层的open、read、write调用驱动的
```

### 2.2.1查看主设备号

```
cat /proc/devices：查看驱动程序主设备号
```

![image-20211123100929209](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211123100929209.png)

### 2.2.2如果file_operations中不提供open怎么办（程序不会出错，可以打开）

sys_open()-->调用do_sys_open()

![image-20211123101339879](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123101339879.png)

```
do_sys_open()函数里一直找会找到上面这段代码（容错机制）

没有提供就不调用，提供了就调用

但是如果没有提供write、read：使用时会出错
```

![image-20211123102316137](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123102316137.png)

```
知道了主设备号，需要创建一个设备节点来访问
mknod：创建设备节点 
```

![image-20211123102900390](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123102900390.png)

```
我们自己提供了write、read，再通过上层应用对驱动进行读写，能够读写成功。  参考代码 01_hello_drv
```

## 2.3数据交互

copy_to_user

copy_from_user

## 问题

```
1.cat /devices/xyz 相当于read吗？
cat函数会有一个while循环，本质也是打开设备节点循环读

echo abc > /devices/xyz 本质也是写

2.注册只是将结构体放到数组中
我们还是需要创建一个设备节点，通过这个设备节点来访问

3.make出现错误
```

![image-20211123105140365](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123105140365.png)

![image-20211123105317744](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123105317744.png)

```
是因为没有换编译器
解决办法：
	1.使用sudo vim ~/.bashrc
	2.注释上面3行
	3.然后source ~/.bashrc
注意：以后用板子编译再取消就行
```

# 2021/11/16号

```
主题：03_驱动辅助信息及地址空间概念
```

准备工作

参考 03_驱动辅助信息及地址空间概念.md

## 3.1地址空间问题引入

上节课打通了app和驱动的数据流，那么问题来了，驱动和硬件如何打通呢？

使用ioremap

运行 03_driver_detail 可以看到

![image-20211116200344224](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211116200344224.png)

虚拟地址到物理地址的映射

![image-20211116200509228](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211116200509228.png)

## 3.2linux为什么要使用虚拟地址?

(1)安全风险

用户有可能在程序中操作不当，直接操作了某个未知的物理地址，导致数据被改写。有可能导致那部分内存的程序或者设备损坏。

使用虚拟地址的话，会有相对应的保护机制。

(2)地址不确定(多个main函数访问函数不好确定)

众所周知，编译完成后的程序是存放在硬盘上的，当运行的时候，需要将程序搬到内存当中去运行，如果直接使用物理地址的话，我们无法确定内存现在使用到哪里了，也就是说拷贝的实际内存地址每一次运行都是不确定的，比如：第一次执行a.out时候，内存当中一个进程都没有运行，所以搬移到内存地址是0x00000000，但是第二次的时候，内存已经有10个进程在运行了，那执行a.out的时候，内存地址就不一定了。

![image-20211123145734037](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123145734037.png)

```
1.main函数调用f1要用到的地址
2.链接时需要确定f1的地址
3.运行时，f1所在内存可能不一样
```

![image-20211116205433310](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211116205433310.png)

链接时需要得到各个.o的地址，如果用物理地址太混乱了

(3)效率低下

用的时候，我们一般的办法是将不常用的进程拷贝到磁盘的交换分区中，好腾出内存，但是如果是物理地址的话，就需要将整个进程一起拷走，这样，在内存和磁盘之间拷贝时间太长，效率较低。

## 3.3一些添加信息的函数、

![image-20211123151100504](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_13\image-20211123151100504.png)

添加一个类

![image-20211116203610787](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\image-20211116203610787.png)

添加信息，在sys/virtual/device中给你创建了myled

cd进去，cat dev 可以查看主次设备号

## 问题

```
1.是虚拟地址映射成物理地址，还是物理地址映射虚拟地址
物理映射虚拟
2.
```

# 2021/11/18号

```
主题：04_板子上的第一个驱动程序_实际操作及编译过程
```

准备工作

参考 04_04_板子上的第一个驱动程序_实际操作及编译过程.md

## 4.1_LED驱动程序分析

### 1. 编译开发板第1个驱动

参考开发板手册《8.3	 配置交叉编译工具链》、《第十章 开发板的第1个驱动实验》

## 4.2_在内核目录外编译模块

![image-20211125083833149](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125083833149.png)

使用makefile来编译

```
-C（chaneddir）：进入到KERN_DIR来编译模块
M:哪个目录的模块
modules：编译obj-m模块

```

## 4.2_在内核目录里编译模块

在内核里的源码 1.可以编译为.ko	2.可以编译到内核镜像文件

简单的说就是要先放进目录，进行.config配置，修改Makefile，编译（具体参考Kconfig介绍）

```
1.将驱动程序放进内核目录里
```

![image-20211125085010594](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125085010594.png)

```
2.使用Kconfig进行配置 添加我们自己的配置项还有各种信息 
```

![image-20211125161833097](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125161833097.png)

```
3.跳到 ~/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88$ 执行make menuconfig,找到Device Drivers->Character devices->找到自己的配置项，输入Y包含,N不包含，M模块，但是在Kconfig设置成了bool变量，只能使用Y和N，想要用其他的将bool改成tristate（三态），保存后退出
```

![image-20211125162102614](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125162102614.png)

![image-20211125162201074](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125162201074.png)

```
4.可以看到.config中已经有配置项了，也可以在后面直接更改
```

![image-20211125162335253](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125162335253.png)

```
5.修改Makefile
```

![image-20211125162457056](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125162457056.png)

```
6.好了，接下来就是编译了。
-m编译操作为 make modules
-y编译操作为 N(编译内核镜像文件)
```

![image-20211125162755695](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_18\image-20211125162755695.png)

```
1.将写好的驱动程序放入内核驱动目录里
2.打开驱动目录里的Makefile
3.修改这个变量 -y是编进内核  -m是编模块
4.那么这个变量在哪设置呢？	内核根目录里的.config （一般用用KHEconfig变量配置）
5..config文件是如何生成的？	执行make时 100ask_imx6ull_defconfig文件复制为.config
6.能否修改.config文件?	可以 make menuconfig
7.内核中的菜单配置项哪里来的？	来自于各个目录的Kconfig
8.使用gedit配置Kconfig（添加我们自己的驱动）. gedit只能在桌面目录才能运行,直接gedit Kconfig出来的不是一个东西
9.使用make menuconfig 找到Device Drivers->Character devices->找到自己的配置项，输入Y包含,N不包含，M模块，但是在Kconfig设置成了bool变量，只能使用Y和N，想要用其他的将bool改成tristate（三态），保存后退出
10.可以在config文件中发现自己的变量值发生了改变
11.定义变量完成，没有和文件挂钩
12.拷贝进内核目录
13.修改Makefile，添加 obj-$(CONFIG_100_ASK_LED)     += 100_ask_led.o
```

```
kconfig：提供界面内容
.config：保存配置值
Makefile：使用.config中的配置值
```

## 问题

```
1.为什么不能随便用工具链
不同的工具链运行的指令可能不一样
```

# 2021/11/20号

# 2021/11/23号

```
主题：06_总线设备驱动模型彻底分析
```

准备工作

参考 06_总线设备驱动模型彻底分析.md

直播疑问

```
1.为什么要用分离的思想
扩展性更高
2.platfrom_device和platform_driver结构体
3.一个驱动如何对应多种设备
4.匹配原则，各种匹配原则的实现
使用id_table时要添加mod_devicetable.h
5.什么是私有数据（没怎么听这块）
```

## 6.2_使用总线设备驱动模型的驱动程序分析

参考代码 06_bus_dev_drv_detail

```
0.如何看懂程序？
搞清楚两条主线！ --->如何把字符设备驱动程序注册到chrdev？
			  --->如何分离的？
		
1.先看第一条主线，看他的入口出口函数
```

![image-20211129094324897](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129094324897.png)

```
2.在看file_operations结构体，实现里面的函数
```

![image-20211129094555397](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129094555397.png)

```
3.分离的platform_device和platform_driver需要注册
```

![image-20211129100447279](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129100447279.png)

```
4.然后是资源与硬件信息的分离，实现platform_driver和platform_device
```

![image-20211129095926260](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129095926260.png)

![image-20211129100233929](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129100233929.png)

```
5.匹配规则，注释很清楚了，自己去看源码，看看这个代码如何实现匹配的
```

![image-20211129100743470](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129100743470.png)

```
6.匹配完之后，运行probe函数
```

![image-20211129101631558](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129101631558.png)

```
7.然后就没有然后了，就是等APP发信号了，具体实现可看led_drv_write、led_drv_open
```

```
8.插一脚，调试的时候使用demesg可以查看信息，看是否进入了某个函数。遇到错误时，看看别人怎么写的，是不是没有添加头文件什么的
```

## 6.5_platform_device注册过程分析

```
调用关系图，自己去看源码吧，自己分析才是最好的。device也是一样
```

![image-20211129104514785](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129104514785.png)

```
结构图
1.将dev放入链表中
2.和drv链表进行比较
3.若比较成功，执行probe函数
4.若不成功，一一比较
```

![image-20211129104611248](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129104611248.png)

## 6.6_闲聊学习方法__私有数据

```
Linux驱动 = 框架 + 硬件操作
学习liunx重要的理解框架，硬件操作的都比较少
```

```
私有数据是什么？
在创建设备节点后，会销毁，产生的一些信息我要用的啊（销毁之后怎么用呢？），就要使用函数来保存这些信息（可以使用全局变量保存，但是用函数保存会更好），比如说次设备号保存在函数中，以后可以从私有数据里面取出保存的设备号
```

![image-20211129110040473](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129110040473.png)

![image-20211129110308412](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129110308412.png)

## 问题

```
1.
```

![image-20211129111400361](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_23\image-20211129111400361.png)

```
只是编译而已，并没有运行，是没有设备节点的，执行了才会有
```

# 2021/11/25号

```
主题：07_设备树入门
```

准备工作

参考 07_设备树入门.md  		建议直接看应用开发手册文档

直播疑问

```
1.为什么要引入设备树
使用总线设备驱动，platform_dev里全都是.c文件，都要编译进内核，代码太过庞大臃肿。
引入设备树，将这些.c变为配置文件，配置文件和内核分开，内核需要用时再去读取配置文件。
2.创建设备节点
3.创建之后怎么做的
make dtsb后，节点会变为一个platform_dev放在bus其中一个链表中
4.如何删除一个节点
在设备树文件中使用命令 /delete-note/ &lable
5.也可以禁止
```

![image-20211125201345145](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211125201345145.png)

```
6.设备树的匹配原则
```

![image-20211125202453031](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211125202453031.png)

```
7.根据别人的写出来的源码来写设备树节点
```

## 7.1_设备树的引入

```
为什么要引入设备树 
使用总线设备驱动，platform_dev里全都是.c文件，都要编译进内核，代码太过庞大臃肿。
引入设备树，将这些.c变为配置文件，配置文件和内核分开，内核需要用时再去读取配置文件。（便于管理）
```

将file__operations注册后谁来调用

以前是在入口函数调用，现在是在probe函数调用

![image-20211201090830903](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201090830903.png)

## 7.2_设备树的创建

```
让我们看看内核对设备树的处理
```

![image-20211201092147271](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201092147271.png)

```
我们自己板子的设备树在哪？
```

![image-20211201091544317](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201091544317.png)

```
使用vim打开dtb文件是一堆乱码？怎么看？
使用反编译
```

![image-20211201092422148](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201092422148.png)

```
分析一个设备树
```

![image-20211201093850743](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201093850743.png)

```
删除一个节点 可以写在最下面
/delete-node/  
```

![image-20211201094305850](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201094305850.png)

```
失能一个节点
```

![image-20211201094416352](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201094416352.png)

## 7.3_设备树配过程

```
直接上源码
匹配函数最终会找到driver的compatible和被设备树生成的properties进行比较
```

![image-20211201100348511](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201100348511.png)

![image-20211201104046872](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201104046872.png)

![image-20211201104140971](C:\Users\SYP\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211201104140971.png)

## 7.4_完善

```
匹配之后如何获取信息呀？
用函数
```

![image-20211201104516110](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201104516110.png)

![image-20211201104629634](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201104629634.png)

```
一般是根据别人写的源码来写设备树
```

## 问题

![image-20211201105834684](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_25\image-20211201105834684.png)

# 2021/11/27号

```
主题：08_设备树示例
```

准备工作

参考 08_示例.md

## 8.1_LED和按键的设备树示例

# 2021/11/30号

```
主题：09_Pinctrl和GPIO
```

准备工作

参考 09_.md

问题

```
1.寝室里没有路由器，可以用其他方式
2.如何查看API的信息，例如在linux上可以man open。 copy_to_user怎么查不到呢？
```

为什么需要IOMUX

例：iic有两种状态

不同的状态需要配置成不同的引脚

所以有了pincrtl

那么在设备树中如何描述？

![image-20211130194342908](C:\Users\SYP\Desktop\70天\doc_pic\2021_11_30\image-20211130194342908.png)

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