嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)徐楊

2024/1/14第3章嵌入式開發(fā)環(huán)境的搭建2024/1/14主要內(nèi)容嵌入式開發(fā)環(huán)境概述Flash程序燒寫B(tài)ootLoader程序內(nèi)核的裁剪的編譯根文件系統(tǒng)的構(gòu)建驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/141.嵌入式開發(fā)環(huán)境概述建立開發(fā)環(huán)境配置開發(fā)主機(jī)，配置MINICOM建立引導(dǎo)裝載程序bootloader下載別人已經(jīng)移植好的linux操作系統(tǒng)建立根文件系統(tǒng)建立應(yīng)用程序的flash分區(qū)開發(fā)應(yīng)用程序燒寫內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序發(fā)布產(chǎn)品2024/1/142.Flash程序燒寫燒寫：即利用特殊工具向開發(fā)板中下載代碼。實(shí)例：向ARM板〔裸機(jī)〕上燒寫B(tài)ootLoader、內(nèi)核、根文件系統(tǒng)前提：存在目錄。./img，其下有已經(jīng)準(zhǔn)備好的各個(gè)局部軟件的映像文件〔即用交叉編譯器編譯好的可執(zhí)行文件〕，分別為：VIVI：針對S3C2410的BootLoader映像文件zImage：經(jīng)裁剪的Linux內(nèi)核映像文件root.cramfs：根文件系統(tǒng)映像文件sjf2410：完成燒寫的程序2024/1/142.Flash程序燒寫具體燒寫步驟1.安裝JTAG驅(qū)動程序?qū)⒄麄€(gè)giveoio目錄〔JTAG驅(qū)動所在目錄〕復(fù)制到c：\WINDOWS下，并將該目錄下的giveio.sys文件復(fù)制到系統(tǒng)盤驅(qū)動目錄下，如c:\WINDOWS\system32\drivers在控制面板中添加該驅(qū)動程序2.設(shè)置超級終端按照波特率115200，數(shù)據(jù)位8，無奇偶校驗(yàn)，停止位1，數(shù)據(jù)流控為無進(jìn)行設(shè)置3.燒寫引導(dǎo)程序使用sjf2410程序?qū)ivi進(jìn)行第一次燒寫vivi啟動后，使用bonpart命令對flash進(jìn)行分區(qū)使用load命令對vivi進(jìn)行第二次燒寫4.燒寫內(nèi)核使用load命令對kernel進(jìn)行燒寫5.燒寫根文件系統(tǒng)使用load命令對rootfs進(jìn)行燒寫2024/1/14參考2410S-Linux燒寫文檔參考燒寫視頻2.Flash程序燒寫2024/1/14BootLoader程序原理對于PC系統(tǒng)，引導(dǎo)加載程序BIOS〔固件程序〕和位于磁盤MBR〔主引導(dǎo)記錄〕中系統(tǒng)引導(dǎo)程序〔LILO和GRUB等〕一起組成。BIOS完成硬件檢測和資源分配后，將硬盤MBR中的引導(dǎo)程序讀到系統(tǒng)的內(nèi)存中，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)程序。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)就是將內(nèi)核映像從硬盤上讀到內(nèi)存中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，即開始啟動操作系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，主要使用flash作為系統(tǒng)的存儲煤介，很少用磁盤，因此整個(gè)系統(tǒng)的加載啟動任務(wù)就完全由引導(dǎo)程序〔也稱為Bootloader〕來完成。3.BootLoader程序2024/1/14嵌入式系統(tǒng)中的bootloader概念就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)適宜的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。3.BootLoader程序2024/1/14Bootloader的功能硬件設(shè)備初始化〔CPU的主頻、SDRAM、中斷、串口等〕內(nèi)核啟動參數(shù)啟動內(nèi)核與主機(jī)進(jìn)行交互，從串口、USB口或者網(wǎng)絡(luò)口下載映象文件，并可以對FLASH等存儲設(shè)備進(jìn)行管理3.BootLoader程序2024/1/14Bootloader特點(diǎn)依賴于硬件：每種不同的CPU體系結(jié)構(gòu)都有不同的bootloaderbootloader還依靠具體的嵌入式板級設(shè)備的配置3.BootLoader程序2024/1/14BootLoader的安裝媒介系統(tǒng)加電或復(fù)位后，所有的處理器通常都從某個(gè)預(yù)先安排的地址上取指令。比方，ARM在復(fù)位時(shí)從地址0x0取指。嵌入式系統(tǒng)中通常都有某種類型的固態(tài)存儲設(shè)備〔比方：ROM、EEPROM或FLASH等〕被映射到這個(gè)預(yù)先安排的地址上。因此在系統(tǒng)加電后，處理器將首先執(zhí)行BootLoader程序Bootloader是最先被系統(tǒng)執(zhí)行的程序3.BootLoader程序2024/1/14固態(tài)存儲設(shè)備的典型空間分配結(jié)構(gòu)3.BootLoader程序2024/1/14Bootloader的燒寫方式通過JTAG口通過以太網(wǎng)口通過串口其中前兩種方式比后一種快得多3.BootLoader程序2024/1/14BootLoader的控制方式主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間一般通過串口建立連接，BootLoader軟件在執(zhí)行時(shí)通常會通過串口來進(jìn)行通訊，比方：輸出打印信息到串口，從串口讀取用戶控制字符也可以通過JTAG等其他接口通訊3.BootLoader程序2024/1/14BootLoader的操作模式大多數(shù)BootLoader都包含兩種不同的操作模式：啟動加載模式下載模式從最終用戶的角度看，BootLoader的作用就是用來加載操作系統(tǒng)，而并不存在所謂的啟動加載模式與下載工作模式的區(qū)別3.BootLoader程序2024/1/14BootLoader的操作模式啟動加載模式，稱為“自主〞〔Autonomous〕模式BootLoader從目標(biāo)機(jī)上的某個(gè)固態(tài)存儲設(shè)備上將操作系統(tǒng)加載到RAM中運(yùn)行，整個(gè)過程并沒有用戶的介入。這種模式是BootLoader的正常工作模式，因此在嵌入式產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)侯，BootLoader顯然必須工作在這種模式下。3.BootLoader程序2024/1/14BootLoader的操作模式下載模式：在下載模式下，目標(biāo)機(jī)上的BootLoader將通過串口連接或網(wǎng)絡(luò)連接等通信手段從主機(jī)下載文件，如：下載內(nèi)核映像和根文件系統(tǒng)映像等從主機(jī)下載的文件通常首先被BootLoader保存到目標(biāo)機(jī)的RAM中，然后再被BootLoader寫到目標(biāo)機(jī)上的FLASH類固態(tài)存儲設(shè)備中。這種模式通常在第一次安裝內(nèi)核與根文件系統(tǒng)時(shí)被使用；此外，以后的系統(tǒng)更新也會使用BootLoader的這種工作模式。工作于這種模式下的BootLoader通常都會向它的終端用戶提供一個(gè)簡單的命令行接口。3.BootLoader程序2024/1/14BL的典型結(jié)構(gòu)框架大多數(shù)BootLoader都分為stage1和stage2兩大局部。依賴于處理器體系結(jié)構(gòu)和板級初始化的代碼，通常都放在stage1中，用匯編語言實(shí)現(xiàn)而stage2那么通常用C語言來實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，而且代碼會具有更好的可讀性和可移植性。3.BootLoader程序2024/1/14BL的典型結(jié)構(gòu)框架BootLoader的stage1通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：硬件設(shè)備初始化。為加載BootLoader的stage2準(zhǔn)備RAM空間。拷貝BootLoader的stage2到RAM空間中。設(shè)置好堆棧跳轉(zhuǎn)到stage2的C入口點(diǎn)。

3.BootLoader程序2024/1/14BL的典型結(jié)構(gòu)框架BootLoader的stage2通常包括以下步驟(以執(zhí)行的先后順序)：初始化本階段要使用到的硬件設(shè)備。檢測系統(tǒng)內(nèi)存映射(memorymap)。將kernel映像和根文件系統(tǒng)映像從flash上讀到RAM空間中。為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)。調(diào)用內(nèi)核。stage2的代碼通常用C語言來實(shí)現(xiàn)，以便于實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能和取得更好的代碼可讀性和可移植性。與普通C語言應(yīng)用程序不同的是，在編譯和鏈接bootloader這樣的程序時(shí)，我們不能使用glibc

庫中的任何支持函數(shù)。3.BootLoader程序2024/1/14幾種流行的LinuxBootLoaderU-BootBLOBRedBootVIVI3.BootLoader程序2024/1/144.內(nèi)核的裁減ARM上的

Linux內(nèi)核移植準(zhǔn)備工作下載內(nèi)核及其關(guān)于ARM平臺的補(bǔ)丁，如：Patch－給打補(bǔ)丁準(zhǔn)備交叉編譯環(huán)境修改內(nèi)核目錄下的makefile文件2024/1/14內(nèi)核的裁減Linux內(nèi)核的編譯菜單有好幾個(gè)版本：makeconfig：進(jìn)入命令行，可以一行一行的配置。makemenuconfig：開發(fā)人員比較熟悉的menuconfig菜單。makexconfig：在2.4.X以及以前版本中xconfig菜單是基于TCL/TK的圖形庫的。4.內(nèi)核的裁減2024/1/142.4.X版本xconfig配置菜單：2024/1/142.4.X版本menuconfig配置菜單：2024/1/142.6.X版本xconfig配置菜單：2024/1/14內(nèi)核模塊處理方式要增加對某局部功能的支持，可以把相應(yīng)局部編譯到內(nèi)核中，也可以把該局部編譯成模塊，動態(tài)調(diào)用。如果編譯到內(nèi)核中，在內(nèi)核啟動時(shí)就可以自動支持相應(yīng)局部的功能，這樣的優(yōu)點(diǎn)是方便、速度快，機(jī)器一啟動，你就可以使用這局部功能了；缺點(diǎn)是會使內(nèi)核變得龐大起來，經(jīng)常使用的局部直接編譯到內(nèi)核中，比方網(wǎng)卡。如果編譯成模塊，就會生成對應(yīng)的.o文件，在使用的時(shí)候可以動態(tài)加載，優(yōu)點(diǎn)是不會使內(nèi)核過分龐大，缺點(diǎn)是你得自己來調(diào)用這些模塊。2024/1/14內(nèi)核模塊處理方式在選擇相應(yīng)的配置時(shí)，有三種選擇方式：Y－將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核N－不將該功能編譯進(jìn)內(nèi)核M－將該功能編譯成可以在需要時(shí)動態(tài)插入到內(nèi)核中的模塊2024/1/142024/1/14內(nèi)核的編譯makeclean:去除當(dāng)前環(huán)境makedep：設(shè)置變量依賴關(guān)系makezImage：編譯內(nèi)核，生成zImage2024/1/14內(nèi)核的編譯編譯完成的Linux內(nèi)核在哪里？./vmlinux，elf格式未壓縮內(nèi)核arch/arm/boot/compressed/vmlinux，壓縮以后的elf格式內(nèi)核，此文件是從非壓縮的內(nèi)核映像產(chǎn)生的。arch/arm/boot/zImage，可自解壓的壓縮內(nèi)核的映像文件2024/1/145.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建主要內(nèi)容：Linux根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)使用busybox生成工具集構(gòu)建根文件系統(tǒng)2024/1/14Linux根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)bin 必要的用戶命令〔二進(jìn)制文件〕*boot引導(dǎo)加載程序使用的靜態(tài)文件dev設(shè)備文件及其他特殊文件etc系統(tǒng)配置文件*home用戶主目錄lib必要的鏈接庫，例如：C鏈接庫、內(nèi)核模塊mnt臨時(shí)掛載的文件系統(tǒng)的掛載點(diǎn)注：“*〞目錄在嵌入式Linux上為可選的。5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Linux根文件系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)*opt

附加軟件的安裝目錄proc提供內(nèi)核和進(jìn)程信息的proc文件系統(tǒng)*rootroot用戶主目錄sbin

必要的系統(tǒng)管理員命令tmp

臨時(shí)文件目錄usr

大多數(shù)用戶使用的應(yīng)用程序和文件目錄var

監(jiān)控程序和工具程序存放的可變數(shù)據(jù)5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14/etc目錄－－系統(tǒng)配置文件fstab

掛載文件系統(tǒng)的配置文件passwd Password文件inetd.conf

Inetd守護(hù)進(jìn)程的配置文件group Group文件init.d/rcS

缺省的sysinit

腳本5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14使用Busybox生成工具集很小的應(yīng)用程序提供完整的工具集的功能Init進(jìn)程Shell文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等的工具集:///5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔1〕在:///downloads/

下載Busybox：解壓后，進(jìn)入配置菜單：

makemenuconfig5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔1〕5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔2〕如果在開發(fā)板上使用devfs，那么需要設(shè)置GereralConfiguration選項(xiàng)[*]Supportfordevfs配置交叉編譯器：BuildOptions[*]DoyouwanttobuildBusyBoxwithaCrossCompiler?(/usr/local/arm/3.4.1/bin/arm-linux-)CrossCompilerprefix需要在接下來的輸入欄中輸入宿主機(jī)中交叉編譯器安裝的路徑，如“/opt/host/armv41/bin/armv41-unknown-linux-〞5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔2〕選擇Busybox的編譯方式：BuildOptionsBuildBusyBoxasastaticbinary(nosharedlibs)缺省配置為使用鏈接庫5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14配置其他工具集：ArchivalUtilities工具：tar、zip、unzip

Coreutils常用命令：basenamecatchgrp

chmoddatedd

dfechoenv

ln

ls

mkdir

mknod

mv

pwd

rm

rmdirsleepsortsyncwc

whoami等等ConsoleUtilitiesDebian

UtilitieEditors編輯命令：viawk

sed等FindingUtilities查找命令：findgrep

xargsBusybox的配置和交叉編譯〔3〕5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔3〕配置其他工具集：InitUtilities[*]init[*]Supportreadinganinittabfile?[*]Supportrunninginitfromwithinaninitrd?5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14配置其他工具集：Login/PasswordManagementUtilitiesLogin：gettyloginpasswdMiscellaneousUtilitiesLinuxModuleUtilitiesNetworkingUtilities網(wǎng)絡(luò)命令集：hostnameifconfig

inetd

netstatpingrouteProcessUtilities進(jìn)程命令：freeps

sysctltopShellsshell工具：ash等

SystemLoggingUtilities日志工具：syslogd

klogd

LinuxSystemUtilities系統(tǒng)工具：dmesg

fdisk

getoptmoremountumountBusybox的配置和交叉編譯〔3〕5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔4〕編譯Busybox：

〔1〕makedep〔2〕make

〔3〕makeinstall5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14Busybox的配置和交叉編譯〔5〕編譯生成的目錄結(jié)構(gòu)〔_install〕：/bin/linuxrc/sbin/usr/usr/bin/usr/sbin5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14構(gòu)建根文件系統(tǒng)在_install下創(chuàng)立其它的目錄Dev：存放設(shè)備文件Proc：Lib：庫文件所在目錄Mnt：臨時(shí)掛載點(diǎn)Tmp：臨時(shí)目錄Usr：用戶目錄Var：Etc：存放系統(tǒng)設(shè)置文件目錄，在此目錄下創(chuàng)立如下文件Inittab：指定運(yùn)行級別文件Fstab：掛載文件系統(tǒng)的配置文件inetd.conf：Inetd守護(hù)進(jìn)程配置文件profile：shell配置腳本Passwd：用戶管理文件Hosts：靜態(tài)域名解析文件5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14構(gòu)建根文件系統(tǒng)利用cramfs工具創(chuàng)立根文件系統(tǒng)映象文件mkcramfs_installroot.cramfsroot.cramfs即是最后根文件系統(tǒng)的可執(zhí)行映像文件5.根文件系統(tǒng)的構(gòu)建2024/1/14主要內(nèi)容驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介驅(qū)動程序是應(yīng)用程序與硬件之間的一個(gè)中間軟件層；驅(qū)動程序應(yīng)該為應(yīng)用程序展現(xiàn)硬件的所有功能，不應(yīng)該強(qiáng)加其他的約束，對于硬件使用的權(quán)限和限制應(yīng)該由應(yīng)用程序?qū)涌刂啤?/p>

驅(qū)動程序有時(shí)會被多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用，這時(shí)我們要考慮如何處理并發(fā)的問題，就需要調(diào)用一些內(nèi)核的函數(shù)使用互斥量和鎖等機(jī)制。2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介Linux輸入/輸出系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和功能：用戶應(yīng)用程序（設(shè)備）文件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動程序物理設(shè)備控制器輸入/輸出請求輸入/輸出響應(yīng)物理設(shè)備物理設(shè)備控制器2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介Linux驅(qū)動程序與外界的接口：設(shè)備驅(qū)動程序接口具體設(shè)備驅(qū)動程序與設(shè)備間接口系統(tǒng)初始化接口操作系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file_operations各設(shè)備初始化交互進(jìn)行實(shí)現(xiàn)2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14設(shè)備驅(qū)動分類目前Linux支持的設(shè)備驅(qū)動大體可分為三種：字符設(shè)備〔characterdevice〕；塊設(shè)備〔blockdeivce〕；網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備〔networkinterface〕。設(shè)備類型：2024/1/14設(shè)備驅(qū)動分類所有能夠像字節(jié)流一樣訪問的設(shè)備比方文件等在Linux中都通過字符設(shè)備驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)。在Linux中它們也被映射為文件系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，常在/dev目錄下。應(yīng)用程序?qū)τ谧址O(shè)備的每一個(gè)I/O操作，都會直接傳遞給系統(tǒng)內(nèi)核對應(yīng)的驅(qū)動程序；字符設(shè)備驅(qū)動程序一般要包含open，close，read，write等幾個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。Eg：如串口、觸摸屏、并口、虛擬控制臺、AD等。字符設(shè)備：2024/1/14設(shè)備驅(qū)動分類Linux的塊設(shè)備通常是指可以容納文件系統(tǒng)的存儲設(shè)備。與字符設(shè)備類似，塊設(shè)備也是通過文件系統(tǒng)來進(jìn)行訪問，它們之間的區(qū)別僅僅在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式不同。Linux中的塊設(shè)備包含整數(shù)個(gè)塊，每個(gè)塊包含2的幾次冪的字節(jié)。應(yīng)用程序?qū)τ趬K設(shè)備的操作，要經(jīng)過系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理，間接傳遞給驅(qū)動程序處理。Eg:諸如磁盤，內(nèi)存，F(xiàn)lash等。塊設(shè)備：2024/1/14設(shè)備驅(qū)動分類

網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備比較復(fù)雜，通常它們指的是硬件設(shè)備，但有時(shí)也可是一個(gè)軟件設(shè)備〔如回環(huán)接口loopback〕。由內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，而且它并不需要了解每一項(xiàng)事務(wù)是如何映射到實(shí)際傳送的數(shù)據(jù)包的。在Linux中采用給網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備分配一個(gè)唯一名字的方法來訪問該設(shè)備。Eg：eth0等。網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備：2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理設(shè)備文件的概念來統(tǒng)一對設(shè)備的訪問接口，在引入設(shè)備文件系統(tǒng)〔devfs〕之前Linux將設(shè)備文件放在/dev目錄下。設(shè)備的命名一般為設(shè)備文件名＋數(shù)字或字母表示的子類，例如/dev/hda1、/dev/hda2、/dev/ttyS0等。在LINUX－2.4/2.6內(nèi)核中引入了設(shè)備文件系統(tǒng)〔devfs〕，所有的設(shè)備文件作為一個(gè)可以掛裝的文件系統(tǒng)，這樣就可以被文件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而設(shè)備文件就可以掛裝到任何需要的地方。命名規(guī)那么也發(fā)生了變化，一般將主設(shè)備建立一個(gè)目錄，再將具體的子設(shè)備文件建立在此目錄下。Eg：串口1設(shè)備為：/dev/tts/0。設(shè)備文件及設(shè)備文件系統(tǒng)概念：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理傳統(tǒng)方式中的設(shè)備管理中,除了設(shè)備類型外,內(nèi)核還需要一對稱作主次設(shè)備號的參數(shù),才能唯一標(biāo)識一個(gè)設(shè)備。主設(shè)備號相同的設(shè)備使用相同的驅(qū)動程序，次設(shè)備號用于區(qū)分具體設(shè)備的實(shí)例。

設(shè)備操作宏MAJOR()和MINOR()可分別用于獲取主次設(shè)備號，宏MKDEV()用于將主設(shè)備號和次設(shè)備號合并為設(shè)備號，這些宏定義在include/linux/kdev_t.h

中。主設(shè)備號和對應(yīng)的驅(qū)動程序系統(tǒng)會將其記錄在/proc/devices里主設(shè)備號和次設(shè)備號(1/2)：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理系統(tǒng)增加一個(gè)驅(qū)動程序就要賦予它一個(gè)主設(shè)備號。這一賦值過程在驅(qū)動程序的初始化過程中進(jìn)行：對于字符設(shè)備：intregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name,structfile_operations*fops);主設(shè)備號和次設(shè)備號(2/2)：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理[/mnt/yaffs]ls /dev-lcrw------- 1rootroot 5,

1Jan 100:00consolecrw-r----- 1rootroot 1, 4Jan100:00portcrw------- 1rootroot 108, 0Jan100:00pppcrw-rw-rw-1rootroot5, 0Jan100:00ttycrw------- 1rootroot 4, 64Jan100:11ttyS0crw------- 1rootroot 4, 65Jan100:00ttyS1crw-rw-rw-1rootroot1, 5Jan100:00zero…………

查看/dev目錄下的設(shè)備的主次設(shè)備號：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理為該模塊建立一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)。命令：mknod/dev/tsc2540其中/dev/ts表示我們的設(shè)備名是ts，“c〞說明它是字符設(shè)備，“254〞是主設(shè)備號，“0〞是次設(shè)備號。一旦通過mknod創(chuàng)立了設(shè)備文件，它就一直保存下來，除非我們手工刪除它。手工設(shè)備管理：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理動態(tài)分配：初始化時(shí)動態(tài)分配設(shè)備號；在Documentation/devices.txt文件中可以找到已經(jīng)靜態(tài)分配給大局部設(shè)備的列表由于許多數(shù)字已經(jīng)分配了，為新設(shè)備選擇一個(gè)唯一的號碼是很困難的如果調(diào)用register_chrdev時(shí)的major為零，函數(shù)就會選擇一個(gè)空閑號碼并做為返回值返回動態(tài)管理(1/2)：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理動態(tài)分配的主設(shè)備號不能保證總是一樣的，無法事先創(chuàng)立設(shè)備節(jié)點(diǎn)可以從/proc/devices讀取 cat/proc/devices利用腳本動態(tài)創(chuàng)立設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)動態(tài)管理(2/2)：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理在Linux2.4的內(nèi)核里引入了devfs來解決linux下設(shè)備文件管理的問題在驅(qū)動程序中通過devfs_register()函數(shù)創(chuàng)立設(shè)備文件系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)其原型為：devfs_register〔devfs_handle_tdir,constchar*name,unsignedintflags,unsignedintmajor,unsignedintminor,umode_tmode,void*ops,void*info)系統(tǒng)啟動的時(shí)候mount設(shè)備文件系統(tǒng)所有需要的設(shè)備節(jié)點(diǎn)都由內(nèi)核自動管理。/dev目錄下只有掛載的設(shè)備注：在之后的內(nèi)核的解決方法：udev文件系統(tǒng)://使用設(shè)備文件系統(tǒng)--devfs

：2024/1/14Linux下字符型設(shè)備管理udev完全在用戶態(tài)(userspace)工作，利用設(shè)備參加或移除時(shí)內(nèi)核所發(fā)送的hotplug事件(event)來工作。關(guān)于設(shè)備的詳細(xì)信息是由內(nèi)核輸出(export)到位于/sys的sysfs文件系統(tǒng)的。所有的設(shè)備命名策略、權(quán)限控制和事件處理都是在用戶態(tài)下完成的。與此相反，devfs是作為內(nèi)核的一局部工作的。使用設(shè)備文件系統(tǒng)--udev

：2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14Linux驅(qū)動編譯和加載方式一種是直接編譯到內(nèi)核，當(dāng)內(nèi)核啟動之后，新的驅(qū)動程序隨之運(yùn)行；二是編譯為模塊，動態(tài)加載運(yùn)行對模塊操作需要使用module-utiles：insmod將編譯的模塊直接插入內(nèi)核rmmod從內(nèi)核中卸載模塊lsmod顯示已安裝的模塊gcc編譯參數(shù)：-D__KERNEL__-DMODULE

–I$(KERNELDIR_INCLUDE)在調(diào)試的過程中一般使用模塊動態(tài)加載的方式，它的調(diào)試效率較高。當(dāng)驅(qū)動調(diào)試完成后，在發(fā)行的過程就集成進(jìn)內(nèi)核。但編譯進(jìn)內(nèi)核是某些驅(qū)動運(yùn)行的唯一方法。例如：console驅(qū)動，flash驅(qū)動和對至少一種文件系統(tǒng)的支持等等。Eg：DA實(shí)驗(yàn)：insmodda.o;CAN實(shí)驗(yàn)：insmodcan.oLinux驅(qū)動編譯和加載方式：2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹#include<linux/module.h>//所有模塊都需要的頭文件#include<linux/init.h>//init&exit相關(guān)宏staticint__inithello_init(void){

printk("Hellomoduleinit\n");

return0;}內(nèi)核模塊的根本框架〔1/2〕：2024/1/14Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹staticvoid__exithello_exit(void)

{

printk("Hellomoduleexit\n");

}

module_init(hello_init);

module_exit(hello_exit);

內(nèi)核模塊的根本框架(2/2)：2024/1/14Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹gcc-D__KERNEL__-DMODULE-DLINUX-I/usr/src/linux2.4/include-c-ohello.ohello.cinsmod./hello.o…………rmmodhello

內(nèi)核模塊的編譯和加載：2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序在Linux內(nèi)核中往往是以模塊形式出現(xiàn)的。與應(yīng)用程序的執(zhí)行過程不同，模塊通常只是預(yù)先向內(nèi)核注冊自己，當(dāng)內(nèi)核需要時(shí)響應(yīng)請求。內(nèi)核模塊的編譯和加載：2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序流程圖：insmodrmmodinit_module()clean_module()模塊內(nèi)核設(shè)備功能設(shè)備注冊設(shè)備卸載用戶調(diào)用2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—file_operations(1/3)：說明：設(shè)備驅(qū)動程序接口：file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常所說的設(shè)備驅(qū)動程序接口是指結(jié)構(gòu)file_operations結(jié)構(gòu)，它定義在include/linux/fs.h中。file_operations結(jié)構(gòu)是整個(gè)Linux內(nèi)核的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—file_operations(2/3)：structfile_operations{structmodule*owner;ssize_t(*read)(structfile*,char*,size_t,loff_t*);ssize_t(*write)(structfile*,constchar*,size_t,loff_t*);int(*ioctl)(structinode*,structfile*,unsignedint,unsignedlong);int(*open)(structinode*,structfile*);int(*release)(structinode*,structfile*);//………………};

2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—file_operations(3/3)：應(yīng)用：“標(biāo)記化〞方法為該結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始化：staticstructfile_operationss3c44b0_fops={owner:THIS_MODULE,open:s3c44b0_ts_open,read:s3c44b0_ts_read,release:s3c44b0_ts_release,};2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—file：說明：file結(jié)構(gòu)定義在頭文件linux/fs.h中。它代表一個(gè)翻開的文件，由內(nèi)核在調(diào)用open時(shí)創(chuàng)立。并傳遞給在該文件上進(jìn)行操作的所有函數(shù)，直到最后的close函數(shù)被調(diào)用。在文件的所有實(shí)例都關(guān)閉時(shí)，內(nèi)核釋放這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。注：與inode的區(qū)別，inode表示磁盤文件，而file表示一個(gè)翻開的文件2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備注冊：驅(qū)動程序模塊通過函數(shù)register_chrdev來完成向內(nèi)核注冊的。intregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name,structfile_operations*fops);其中unsignedintmajor為主設(shè)備號，constchar*name為設(shè)備名，structfile_operations*fops為文件操作結(jié)構(gòu)指針。2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備卸載：驅(qū)動程序模塊通過函數(shù)unregister_chrdev來完成向內(nèi)核卸載的。intunregister_chrdev(unsignedintmajor,constchar*name);其中unsignedintmajor為主設(shè)備號，constchar*name為設(shè)備名。2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序翻開設(shè)備：驅(qū)動程序模塊通過函數(shù)open來完成翻開設(shè)備的。提供給驅(qū)動程序初始化設(shè)備的能力，為后續(xù)的操作做準(zhǔn)備此外一般會遞增使用計(jì)數(shù)，防止文件關(guān)閉前模塊被卸載通常情況下，open完成如下工作：遞增使用計(jì)數(shù)檢查特定設(shè)備錯(cuò)誤如果設(shè)備是首次翻開，那么對其進(jìn)行初始化識別次設(shè)備號，如有必要，那么修改f_op指針分配并填寫filp->private_data中的數(shù)據(jù)2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序釋放設(shè)備：驅(qū)動程序模塊通過函數(shù)release來完成釋放設(shè)備的。與open正好相反釋放由open分配的filp->private_data中的數(shù)據(jù)在最后一次關(guān)閉操作時(shí)關(guān)閉設(shè)備使用計(jì)數(shù)減一2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序讀寫設(shè)備(1/3)：read函數(shù)將數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到應(yīng)用程序空間，write函數(shù)那么將數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序空間拷貝到內(nèi)核。ssize_tread(structfile*filp,char__user*buff,size_tcount,loff_t*offp);ssize_twrite(structfile*filp,char__user*buff,size_tcount,loff_t*offp);其中，filp是文件指針，count是請求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度。參數(shù)buff是指向用戶空間的緩存區(qū)，這個(gè)緩存區(qū)或者保存要寫入的數(shù)據(jù)，或者是一個(gè)存放新讀入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū)，最后的offp是一個(gè)指向“l(fā)ongoffsettype〔長偏移量類型〕〞對象的指針，這個(gè)對象指明用戶在文件中進(jìn)行存取操作的位置2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序讀寫設(shè)備(2/3)：注：buff為用戶空間的地址指針，內(nèi)核代碼不能直接引用其中的內(nèi)容原因：用戶空間的指針可能是無效的，該地址可能根本就無法映射到內(nèi)核空間用戶空間的內(nèi)存可以被換出，因此可能會出現(xiàn)頁面失效的問題從平安角度考慮解決方法：使用內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)拷貝2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序解決函數(shù)：unsigned

long

copy_to_user(void*to,const

void*from,unsigned

longcount);unsigned

long

copy_from_user(void*to,const

void*from,unsigned

longcount)；其中：to表示數(shù)據(jù)目的緩沖區(qū)

from表示數(shù)據(jù)源緩沖區(qū)

count表示數(shù)據(jù)長度返回值：成功，返回?cái)?shù)據(jù)長度

失敗，返回－EFAULT這兩個(gè)函數(shù)不僅要拷貝數(shù)據(jù)，還要檢查指針有效性讀寫設(shè)備(3/3)：2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序ioctl函數(shù)：int(*ioctl)(structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg);其中，inode和filp對應(yīng)于應(yīng)用程序傳過來的文件描述符fd，cmd是用戶空間傳遞給驅(qū)動程序的命令，arg為附加的命令參數(shù)讀寫以外的I/O操作：2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序printk函數(shù)：intprintk(constchar*fmt,…);其中，fmt為日志級別返回值：成功，返回1，失敗，返回－1。如：printk〔KERN_DEBUG,〞HereIam:%s:%i\n〞,__FILE__,__LINE__〕；打印信息：2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序的編譯、加載及卸載：驅(qū)動程序的編譯以demo.c為例Makefile的形式命令行的形式[root@RedHatAS~]$gcc-c-D__KERNEL__-DMODULE-I/usr/src/linux-2.4/includedemo.c-odemo.o加載驅(qū)動[root@RedHatAS~]$insmoddemo.o卸載驅(qū)動[root@RedHatAS~]$rmmoddemo.o2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序的編譯、加載及卸載說明：依賴關(guān)系問題當(dāng)模塊與內(nèi)核鏈接時(shí)，insmod

會檢查模塊和當(dāng)前內(nèi)核版本是否匹配；每個(gè)內(nèi)核版本都需要特定版本的編譯器的支持，高版本的編譯器并不適合低版本的內(nèi)核；2024/1/14簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序的測試：//test.c#include<stdio.h>#include<fcntl.h>#include<stdlib.h>intmain() { intfd; fd=open("/dev/demo",O_RDWR); if(fd<0) { exit(fd); } //yourcodehere read(fd,buffer,size); write(fd,buffer,size); ...... close(fd);

return0;}2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別應(yīng)用程序一般有一個(gè)main函數(shù)，從頭到尾執(zhí)行一個(gè)任務(wù)；驅(qū)動程序卻不同，它沒有main函數(shù)，通過使用宏module_init(初始化函數(shù)名)，將初始化函數(shù)參加內(nèi)核全局初始化函數(shù)列表中。通過宏module_exit(退出處理函數(shù)名)注冊退出處理函數(shù)。驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別〔1/2〕：2024/1/14驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別應(yīng)用程序可以和GLIBC庫連接，因此可以包含標(biāo)準(zhǔn)的頭文件，比方<stdio.h>、<stdlib.h>等,；在驅(qū)動程序中是不能使用標(biāo)準(zhǔn)C庫的，因此不能調(diào)用所有的C庫函數(shù)，只能調(diào)用內(nèi)核的函數(shù)，eg：比方輸出打印函數(shù)只能使用內(nèi)核的printk函數(shù)，包含的頭文件只能是內(nèi)核的頭文件，比方<linux/module.h>。驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別〔2/2〕：2024/1/14驅(qū)動開發(fā)簡介設(shè)備驅(qū)動分類Linux下字符型設(shè)備管理Linux驅(qū)動編譯和加載方式Linux內(nèi)核模塊結(jié)構(gòu)介紹簡單Linux字符型設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序與應(yīng)用程序的區(qū)別字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析6.驅(qū)動程序原理與開發(fā)2024/1/14字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析#include<linux/config.h>#include<linux/module.h>#include<linux/init.h>#include<linux/kernel.h>/*printk()*/#include<linux/fs.h>/*everything...*/#include<linux/errno.h>/*errorcodes*/#include<linux/types.h>/*size_t*/#include<linux/proc_fs.h>#include<linux/fcntl.h>/*O_ACCMODE*/#include<linux/poll.h>/*COPY_TO_USER*/#include<asm/system.h>/*cli(),*_flags*/#defineDEVICE_NAME "demo"#definedemo_MAJOR249#definedemo_MINOR0#defineMAX_BUF_LEN20staticchardrv_buf[20];頭文件及變量等定義：2024/1/14字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析staticint__initdemo_init(void) {intresult;SET_MODULE_OWNER(&demo_fops);result=register_chrdev(demo_MAJOR,"demo",&demo_fops);if(result<0)returnresult; printk(DEVICE_NAME"initialized\n"); return0;}staticvoid__exitdemo_exit(void) {unregister_chrdev(demo_MAJOR,"demo"); printk(DEVICE_NAME"unloaded\n");}module_init(demo_init);module_exit(demo_exit);初始化及退出函數(shù)：2024/1/14字符型設(shè)備驅(qū)動demo分析staticstructfile_operation