轉：面對不斷升級的核心，如何學習linux裝置驅動

面對不斷升級的linux核心、GNU開發工具、linux環境下的各種圖形庫，很多linux應用程式開發人員和linux裝置驅動開發人員即興奮，又煩躁。興奮的是新的軟體軟體、工具給我提供了更強大的功能，煩躁的是適應新軟體的特性、搭建新環境是一項非常繁瑣的事情。本文想從以下3個方面探討一下“面對不斷升級的核心，如何學習linux裝置驅動”。

        核心發展的現狀及其對技術人員的影響
        Linux目前主要維護2.4和2.6兩個核心版本。在http://www.kernel.org/
網站上已經可以下載到最新的2.6核心linux-2.6.31，及最新的2.4核心linux-2.4.37。穩定版本號碼基本上是1~3月更新一次，如：2.6.22至2.6.23。升級版本號碼每1~2周更新一次，如：2.6.23.1至2.6.23.2。

        由於高版本核心並不完全相容低版本核心，所以核心升級對從事linux開發的技術人員造成了一定的影響，特別對於linux入門人員。
        核心的升級對應從事linux應用程式開發的人員來說影響較小，因為系統調用基本保持相容。而影響比較大的是驅動開發人員。每次核心的更新都可以導致很多核心功能使用上的變化。其中有核心本身提供的函數，也有硬體平台代碼提供的函數，後者變化的更加頻繁。這一點讓初學核心驅動的人很迷茫，因為當他們按照手裡的經典著作，如：Alessandro的《linux裝置驅動程式》，編寫驅動時，發現並不能夠成功的在你的linux平台上編譯通過、或不能正常執行。你的朋友會告訴你，你用的核心和書裡的不一致。那該怎麼辦呢？

        我想從兩個方面去解釋這個問題，一方面是如何寫好linux裝置驅動，另一方面是如何應對不斷升級的核心。
        如何寫好Linux裝置驅動
        Linux裝置驅動是linux核心的一部分，是用來封裝硬體細節，為上層提供標準介面的一種方法。為了能夠編寫出品質比較高的驅動，要求工程師必須具備以下幾個方面的知識：

        熟悉處理器的效能
        如：處理器的體繫結構、組合語言、工作模式、異常處理等此項對於初學者來說，重要程度：***。也就是說還不熟悉驅動編寫方法的情況下，可
以先不把重心放在這一項上，因為可能因為它的枯燥、抽象而影響到你對裝置驅動的興趣。
        隨著你不斷的熟悉驅動的編寫，你會很自然的意識到此項的重要性。
        掌握驅動目標的硬體工作原理及通訊協議
        如：串口控制器、顯卡控制器、硬體編解碼、儲存卡控制器、I2C通訊、SPI通訊、USB通訊、SDIO通訊、I2S通訊、PCI通訊等
        此項的重要程度應該不用多說了，編寫裝置驅動的前提就是知道裝置的操作方法。但不是說要把所有裝置的操作方法都熟悉了以後才可以驅動，你只需要瞭解你要驅動的硬體就可以了。所有這一項對於初學者來說重要程度都是：*****。

        掌握硬體的控制方法
        如：中斷、輪詢、DMA 通常一個硬體控制器會有多種控制方法，你需要根據系統效能的需要合理的選擇操作方法。
        此項對於初學者來說：重要程度：****。初學階段以實現功能為目的。掌握的順序應該是，輪詢->中斷->DMA。隨著學習的深入，需要綜合考慮系統的效能需求，採取合適的方法。

        良好的GNU
C語言編程基礎
        如:C語言的指標、結構體、記憶體操作、鏈表、隊列、棧、C和彙編混合編程等。
        這些編程文法是編寫裝置驅動的基礎。
        此項無論對於初學者還是熟手重要程度：*****。
        良好的linux作業系統概念
        如：多進程、多線程、進程調度、進程搶佔、進程上下文、虛擬記憶體、原子操作、阻塞、睡眠、同步等概念及它們之間的關係。
        這些概念及方法在裝置驅動的使用是linux裝置驅動區別單片機編程的最大特點。只有理解了它們才會編寫出高品質的驅動。
        此項對於初學者來說：重要程度：***。開始可以以實現功能為目的，逐步完善自己的驅動。
        掌握linux核心中裝置驅動的編寫介面
        如：字元裝置的cdev、塊裝置的gendisk、網路裝置的net_device，以及基於這些基本介面的framebuffer裝置的fb_info、mtd裝置的mtd_info、tty裝置的tty_driver、usb裝置的usb_driver、mmc裝置的mmc_host等

        Linux核心為裝置驅動編寫者留下了標準的介面。驅動編寫者無需精通核心的各個部分，只需要明確核心留給我們的介面，並實現此介面就可以了。核心流出的介面採用的是物件導向的思路，即把目標裝置看成一個對象，通常利用一個結構體來描述這個對象。驅動工程師的任務就是實現這個對象。這個結構體中會包含裝置的屬性（用變數表示）和操作方法（用函數指標表示）。如：字元裝置的cdev
        struct cdev {
    struct kobject kobj;
    struct module *owner;
    const struct file_operations *ops;  //操作方法結合，其它項都是屬性
    struct list_head list;
    dev_t dev;
    unsigned int count;
};
        此項對於初學者來說：重要程度：****。開始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模板。
        如何應對不斷升級的核心
        核心升級對驅動的影響主要體現在，（1）驅動介面定義的變化（2）核心的一些功能函數的名稱、參數、標頭檔、宏定義的變化（3）平台代碼關於硬體操作方面封裝的一些函數的變化（4）裝置模型的影響。下面探討一下，如何應對這幾個方面的問題：

        驅動介面定義的變化
        如：2.4核心中字元裝置驅動的註冊介面是
        int register_chrdev(unsigned int major, const char * name, struct file_operations *fops)
        而2.6核心中已經不建議使用這種方法了，改為：
        int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
        又如：2.6.27核心中網卡介面的net_device結構成員和低版本的net_device結構成員也發生了一些變化。
        這種介面定義及註冊方法帶來的變化，發生的並不頻繁。解決方案是：參考核心中的代碼。這種介面定義及註冊方法在核心中非常容易找到，如：字元裝置驅動的註冊方法及介面定義可以參照核心driver/char/目錄下的很多執行個體。

        核心的一些功能函數的名稱、參數、標頭檔、宏定義的變化
        如：中斷註冊函數的格式及參數在2.4核心、2.6核心低版本和高版本之間都存在差別
        在2.6.8中，中斷註冊函數的定義為：
        int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),unsigned long irq_flags, const char * devname, void *dev_id)
        irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：
        SA_INTERRUPT、SA_SAMPLE_RANDOM、SA_SHIRQ
        在2.6.26中，中斷註冊函數的定義為：
        int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);
        irq_flags的取值主要為下面的某一種或組合：（功能和2.6.8的對應）
        IRQF_DISABLED、IRQF_SAMPLE_RANDOM、IRQF_SHARED

        當出現這些問題時，編譯過程中，編譯器會給我們比較明確的錯誤提示，根據這些提示你可以判斷出是否是缺少頭問題、是否是函數參數定義有誤等。解決問題的最好辦法還是到你的目標核心中找資訊。此時找問題的方法可以藉助於搜尋，如：你可以在新的核心中搜尋request_irq，看新核心中的驅動是如何使用它的。這種方法非常有效。

        平台代碼關於硬體操作方面封裝的一些函數的變化
        核心中，硬體平台相關的代碼在核心更新過程中變化比較頻繁。和我們的裝置驅動也是息息相關。所以在針對一個新核心編寫裝置驅動前，一定要熟悉你的平台代碼的結構。有時平台雖然提供了核心要求的介面函數，但使用起來功能卻並不完善。下面還是先舉個例子說明平台代碼更新對裝置驅動的影響。

        如：在linux-2.6.8核心中，調用set_irq_type(IRQ_EINT0,IRQT_FALLING);去設定S3C2410的IRQ_EINT0的中斷觸發訊號類型，你會發現不會有什麼效果。跟蹤代碼發現核心的set_irq_type函數需要平台提供一個針對硬體平台的實現函數

        static struct irqchip s3c_irqext_chip = {
    .mask       = s3c_irqext_mask,
    .unmask     = s3c_irqext_unmask,
    .ack        = s3c_irqext_ack,
    .type      = s3c_irqext_type
};
s3c_irqext_type就是linux核心需要的實現函數，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實現為：

static int s3c_irqext_type(unsigned int irq, unsigned int type)
{
    irqdbf("s3c_irqext_type: called for irq %d, type %d\n", irq, type);
    return 0;
}
        原來並沒有實現。而在較高版本的核心，如2.6.26核心中，這個函數是實現了的。所以你一定要小心。當平台函數不好用時，一定要查查原因，或者直接操作硬體寄存器來達到目的。

        2.6核心裝置模型對驅動的影響
        在2.6核心中寫裝置驅動和在2.4核心中有著很大的不同，就是在裝置驅動中融入了比裝置驅動本身結構還複雜，難以理解的裝置模型。初學驅動時你可以不理會裝置模型，但你會發現核心裡的驅動代碼基本上都是融入了裝置模型的了。所以很多時候你不得不面對現實，還是要弄懂它，並且它也的註冊方法也會隨著核心的升級而發生變化。解決此類問題的最好方法還是參考目標核心驅動代碼。

        總結：
        開始學習裝置驅動時，選擇一個當前比較流行的核心版本和硬體平台。不著急追趕最新潮流。這樣你可以找到的網路資源會比較多，不至於有孤軍奮戰的感覺。我想這個過程應該不低於1年。當過了這個過程後，嘗試將你編寫過的驅動移植到各個目標平台上。上面的一些建議、和應對方法是本人的一些經驗總結，僅供參考。

 

原文：http://www.eechina.com/thread-1729-1-1.html