驱动程序介绍
Linux驱动程序学习：
知识结构：（1）Linux驱动程序设计模式（40%）
（2）内核相关知识（30%）
（3）硬件相关知识（30%）
学习方法：理论->实验（疑问）->理论->实验.......
驱动程序：使硬件工作的软件。
驱动分类：（1）字符设备驱动；
（2）网络接口驱动；
（3）块设备驱动；
字符设备：字符设备是一种按字节来访问的设备，字符驱动则负责驱动字符设备，这样的驱动通常实现open，close，read和write的系统调用。
块设备：在大部分的Unix系统，块设备不能按字节处理数据，只能一次传送一个或多个长度是512字节（或一个更大的2次幂的数）的整块数据。 而Linux则允许块设备传送任意数目的字节。因此，块和字符设备的区别仅仅是驱动的与内核的接口不同。 块设备和字符设备还有一点区别是，在于访问顺序上面不同，一个是可以随机访问，一个不能随机访问，块设备可以随机存取，而字符设备不能随机存取。
网络接口：任何网络事务都通过一个接口来进行，一个接口通常是一个硬件设备（eth0），但是它也可以是一个纯粹的软件设备，比如回环接口。一个网络接口负责发送和接收数据报文。
驱动程序安装：（1）模块方式（已知）；（2）直接编译进内核：Kconfig（修改配置菜单）Makefile？，例：将helloworld编译进内核
把文件拷贝到内核中去，
修改Kconfig，
，
之后，make menuconfig ARCH=arm
下一步修改Makefile：代码放在哪个目录下修改哪个目录下的Makefile，vi drivers/char/Makefile
下一步编译内核：make uImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-
驱动程序使用，Linux用户如何使用驱动程序？
图4
驱动程序使用：
A：Linux用户程序通过设备文件（又名：设备节点）来使用驱动程序操作字符设备和块设备。
Q：设备（字符，块）文件在何处？放在dev目录下。
字符设备驱动程序
知识点：设备号，创建设备文件，设备注册，重要数据结构，设备操作。主次设备号：字符设备通过字符设备文件来读取，字符设备文件由使用ls -l的输出的第一列的‘c’标识。如果使用ls -l命令，会看到在设备文件项中有两个数（由一个逗号分隔），这些数字就是设备文件的主次设备编号（举例查看/dev）。
，字符设备文件和字符设备驱动通过主设备号建立联系
主设备号的作用：（1）主设备号用来标识与设备文件相连的驱动程序；（2）次设备号被驱动程序用来辨别操作的是哪个设备。
********主设备号用来反映设备类型**************
********次设备号用来区分同类型的设备********
Q：内核中如何描述设备号？ A：dev_t，其实质为unsigned int 32位整数，其中高12位为主设备号，低20位为次设备号。
Q：如何从dev_t中分解出主设备号？ A：MAJOR(dev_t dev)
Q：如何从dev_t中分解出次设备号？ A：MINOR(dev_t dev)
静态申请： 方法：（1）根据Documentation.txt，确定一个没有使用的主设备号；（2）使用register_chrdev_region函数注 册设备号。 优点：简单； 缺点：一旦驱动被广泛使用，这个随机选定的主设备号可能会导致设备号冲突，而使驱动程序无法注册。
动态分配 方法：使用alloc_chrdev_region分配设备号 优点：简单易于驱动推广 缺点：无法再安装驱动前创建设备文件（因为安装前还没有分配到主设备号） 解决办法：安装驱动后，从/proc/devices中查询设备号 int alloc_chrdev_region(dev_t *dev,unsigned baseminor,unsigned count,const char *name) 功能：请求内核动态分配count个设备号，且次设备号从baseminor开始。 参数：dev，分配到的设备号 baseminor，起始次设备号 count，需要分配的设备号数目 name，设备名（体现在/proc/devices）
注销设备号：无论使用何种设备号，都应该在不再使用它们时释放这些设备号。 void unregister_chrdev_region(dev_t from,unsigned count) 功能：释放从from开始的count个设备号
创建设备文件，2种方法：（1）使用mknod命令手工创建；（2）自动创建；
手工创建： mknod用法：mknod filename type major minor filename：设备文件名 type：设备文件类型，c和b major：主设备号 minor：次设备号 例：mknod serial0 c 100 0
自动创建：后面介绍
重要结构：在Linux字符设备驱动程序设计中，有三种非常重要的数据结构：struct file struct inode struct file_operations
struct file，代表一个打开的文件。系统中每个打开的文件在内核空间都有一个关联的struct file。它由内核在打开文件时创建，在文件关闭后释放。 重要成员：loff_t f_pos /*文件读写位置*/ struct file_operation *f_op
Struct Inode：用来记录文件的物理上的信息。因此，它和代表打开文件的file结构是不同的。一个文件可以对应多个file结构，但只有一个Inode结构 重要成员：dev_t i_rdev：设备号
struct file_operations：一个函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。结构中的成员指向驱动中的函数，这些函数实现一个特别的操作，对于不支持的操作保留为NULL。
把应用程序对设备的操作转化为驱动程序中相应的函数
应用驱动模型，内核代码导读，应用程序如何访问驱动程序（Read_write.c）
设备注册：在Linux2.6内核中，字符设备使用struct cdev来描述。 字符设备的注册可分为如下3个步骤： 1.分配cdev 2.初始化cdev 3.添加cdev
分配：struct cdev的分配可使用cdev_alloc函数来完成。 struc cdev *cdev_alloc(void)
初始化：struct cdev的初始化使用cdev_init函数来完成。 void cdev_init(struct cdev *cdev，const struct file_operations *fops) 参数： cdev：待初始化的cdev结构 fops：设备对应的操作函数集
添加：struct cdev的注册表使用cdev_add函数来完成。 int cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count) 参数：待添加到内核的字符设备结构 dev：设备号 count：添加设备的个数
设备操作实现： 设备操作：
MKDEV是将主设备好和此设备组成设备号。
#define MKDEV(major,minor) (((major) << MINORBITS) | (minor))
驱动调试技术
调试技术分类：对于驱动程序设计来说，核心问题之一就是如何完成调试。当前常用的驱动调试技术可分为（1）打印调试（2）调试器调试（3）查询调试；打印调试：在调试应用程序时，最常用的调试技术是打印，就是在应用程序中合适的点调用printf。当调试内核代码的时候，可以用printk完成类似的调试任务。
合理的使用printk：在驱动开发时，printk非常有助于调试。但当正式发行程序时，应当去掉这些打印语句。但你有可能很快又发现，你又需要在驱动程序中实现一个新功能（或者修复一个bug），这时你又要用到哪些被删除的打印语句。这里介绍一种使用printk的合理方法，可以全局的打开或者关闭它们，而不是简单的删除。
#ifdef PDEBUG
#define PLOG(fmt,args...) printk(KERN_DEBUG"scull:"fmt,##args)
#else
#define PLOG(fmt,args...) /*do nothing*/
#endif
Makefile作如下修改： DEBUG=y ifneq($(DEBUG),y) DEBFLAGS=-O2 -g -DPDEBUG else DEBFLAGS=-O2 endif CFLAGS +=$(DEBFLAGS)
并发与竞态
并发：多个执行单元同时被执行。 竞态：并发的执行单元对共享资源（硬件上的资源和软件上的全局变量等）的访问导致的竞争状态。
信号量：Linux内核的信号量在概念上和原理上与用户态的信号量是一样的，但是它不能再内核之外使用，它是一种睡眠锁。如果有一个任务想要获得已知被占有的信号量时，信号量会将这个进程放入一个等待队列，然后让其睡眠。当持有信号量的进程将信号释放之后，处于等待队列中的任务将被唤醒，并让其获得信号量。
信号量在创建时需要设置一个初始值，表示允许有几个任务同时访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。
当任务访问完被信号量保护的共享资源后，必须释放信号量，释放信号量通过把信号量的值加1实现，如果释放后信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此要唤醒等待该信号量的任务。
信号量的实现也是与体系结构相关的，定义在<asm/semaphore.h>中，struct semaphore类型用来表示信号量。 （1）定义信号量：struct semaphore sem； （2）初始化信号量：void sema_init(struct semaphore *sem,int val),该函数用于初始化设置信号量的初值，它设置信号量sem的值为val。 （3）void init_MUTEX(struct semaphore *sem)，该函数用于初始化一个互斥锁，即它把信号量sem的值设置为1。 （4）void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem)该函数也用于初始化一个互斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一开始就处于已锁状态。
定义与初始化的工作可由如下宏一步完成： DECLARE_MUTEX(name)定义一个信号量name，并初始化它的值为1。 DECLARE_MUTEX_LOCKED(name),定义一个信号量name，但把它的初始值设置为0，即锁在创建时就处于已锁状态。
获取信号量：void down(struct semaphore *sem),获取信号量sem，可能会导致进程休眠，因此不能再中断上下文使用该函数。该函数将把sem的值减一，如果信号量sem的值非负，就直接返回，否则调用者将被挂起，直到别的任务释放该信号量才能继续执行。
int down_interruptible(struct semaphore *sem)，获取信号量sem。如果信号量不可用，进程将被置为TASK_INTERRUPTIBLE类型的睡眠状态。该函数由返回值来区分是正常返回还是被信号中断返回，如果返回0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。
down_killable(struct semaphore *sem)，获取信号量sem，如果信号量不可用，进程将被置为TASK_KILLABLE类型的睡眠状态。注：down()现已不建议使用。建议使用down_killable()或down_interruptible()函数。
4.释放信号量，void up(struct semaphore *sem)该函数释放信号量sem，即把sem的值加1，如果sem的值为非正数，表明有任务等待该信号量，因此唤醒这些等待者。
自旋锁：自旋锁最多只能被一个可执行单元持有。自旋锁不会引起调用者睡眠，如果一个执行线程试图获得一个已经被持有的自旋锁，那么线程就会一直进行忙循环，一直等待下去，在那里看是否该自旋锁的保持者，已经释放了锁，“自旋”就是这个意思。 spin_lock_init(x)，该宏用于初始化自旋锁，自旋锁在使用前必须先初始化。 spin_lock(lock)，获取自旋锁lock，如果成功，立即获得锁，并马上返回，否则它将一直自旋在那里，直到该自旋锁的保持者释放。 spin_trylock(lock)，试图获取自旋锁lock，如果能立即获得锁，并返回真，否则一直返回假。它不会一直等待被释放。 spin_unlock(lock)，释放自旋锁lock，它与spin_trylock或spin_lock配对使用。
信号量可能允许有多个持有者，而自旋锁在任何时候只能允许一个持有者。当然也有信号量叫互斥信号量（只能一个持有者），允许有多个持有者的信号量叫互斥信号量。
信号量适合于保持时间较长的情况；而自旋锁适合于保持时间非常短的情况，在实际应用中自旋锁控制的代码只有几行，而持有自旋锁的时间也一般不会超过两次上下文切换时间，因为线程一旦进行切换，就至少花费切出切入两次，自旋锁的占用时间如果远远长与两次上下问切换，我们就应该选择信号量。