面對不斷更新的核心，如何學習linux裝置驅動

面對不斷更新的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，煩躁的是适應新軟體的特性、搭建新環境是一項非常繁瑣的事情。本文想從以下3個方面探讨一下“面對不斷更新的核心，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 以下載下傳到最新的2.6核心linux-2.6.31，及最新的2.4核心linux-2.4.37。穩定版本号基本上是1~3月更新一次，如：2.6.22至2.6.23。更新版本号每1~2周更新一次，如：2.6.23.1至2.6.23.2。

由于高版本核心并不完全相容低版本核心，是以核心更新對從事linux開發的技術人員造成了一定的影響，特别對于linux入門人員。

核心的更新對應從事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緻很多核心函數使用上的變化。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，發現并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緻。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更新的核心。

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，為上層提供标準接口的一種方法。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：

熟悉處理器的性能

如：處理器的體系結構、彙編語言、工作模式、異常處理等此項對于初學者來說，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。

随着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。

掌握驅動目标的硬體工作原理及通訊協定

如：序列槽控制器、顯示卡控制器、硬體編解碼、存儲卡控制器、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，你隻需要了解你要驅動的硬體就可以了。所有這一項對于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，你需要根據系統性能的需要合理的選擇操作方法。

此項對于初學者來說：重要程度：****。初學階段以實作功能為目的。掌握的順序應該是，輪詢->中斷->DMA。随着學習的深入，需要綜合考慮系統的性能需求，采取合适的方法。

良好的GNU C語言程式設計基礎

如:C語言的指針、結構體、記憶體操作、連結清單、隊列、棧、C和彙編混合程式設計等。

這些程式設計文法是編寫裝置驅動的基礎。

此項無論對于初學者還是熟手重要程度：*****。

良好的linux作業系統概念

如：多程序、多線程、程序排程、程序搶占、程序上下文、虛拟記憶體、原子操作、阻塞、睡眠、同步等概念及它們之間的關系。

這些概念及方法在裝置驅動的使用是linux裝置驅動差別單片機程式設計的最大特點。隻有了解了它們才會編寫出高品質的驅動。

此項對于初學者來說：重要程度：***。開始可以以實作功能為目的，逐漸完善自己的驅動。

掌握linux核心中裝置驅動的編寫接口

如：字元裝置的cdev、塊裝置的gendisk、網絡裝置的net_device，以及基于這些基本接口的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标準的接口。驅動編寫者無需精通核心的各個部分，隻需要明确核心留給我們的接口，并實作此接口就可以了。核心流出的接口采用的是面向對象的思路，即把目标裝置看成一個對象，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作這個對象。這個結構體中會包含裝置的屬性（用變量表示）和操作方法（用函數指針表示）。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;

};

此項對于初學者來說：重要程度：****。開始階段可以以模仿為主，即套用一些固定的模闆。

如何應對不斷更新的核心

核心更新對驅動的影響主要展現在，（1）驅動接口定義的變化（2）核心的一些功能函數的名稱、參數、頭檔案、宏定義的變化（3）平台代碼關于硬體操作方面封裝的一些函數的變化（4）裝置模型的影響。下面探讨一下，如何應對這幾個方面的問題：

驅動接口定義的變化

如：2.4核心中字元裝置驅動的注冊接口是

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核心中網卡接口的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。

這種接口定義及注冊方法帶來的變化，發生的并不頻繁。解決方案是：參考核心中的代碼。這種接口定義及注冊方法在核心中非常容易找到，如：字元裝置驅動的注冊方法及接口定義可以參照核心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、頭檔案、宏定義的變化

如：中斷注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别

在2.6.8中，中斷注冊函數的定義為：

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，中斷注冊函數的定義為：

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确的錯誤提示，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标核心中找資訊。此時找問題的方法可以借助于搜尋，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。

平台代碼關于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。是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接口函數，但使用起來功能卻并不完善。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的中斷觸發信号類型，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作函數

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核心需要的實作函數，而s3c_irqext_type在2.6.8中的實作為： 

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;

}

原來并沒有實作。而在較高版本的核心，如2.6.26核心中，這個函數是實作了的。是以你一定要小心。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核心中有着很大的不同，就是在裝置驅動中融入了比裝置驅動本身結構還複雜，難以了解的裝置模型。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。是以很多時候你不得不面對現實，還是要弄懂它，并且它也的注冊方法也會随着核心的更新而發生變化。解決此類問題的最好方法還是參考目标核心驅動代碼。