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Liunx内核驱动

news 2025/8/28 12:04:35

一、相关概念

1、概念

驱动程序：帮助操作系统认识具体的硬件设备，并为应用层提供该硬件设备的操作方法

norflash：可线性寻址（访问方式和内存相同）

nandflash：不可线性寻址，访问需要专用的程序控制

2、操作系统启动流程：

bootloader：一个裸机程序，为操作系统启动准备环境，引导操作系统启动
kernel：一个复杂的程序，操作系统核心
rooots：根文件系统，一堆文件的集合

bootloader：uboot(.bin)

初始化CPU----工作模式
初始化异常向量表
初始化栈
关看门狗
初始化时钟
初始化内存
关闭Cache---D-Cache必须关，I-Cache随意
关闭MMU
初始化相关外设（flash/串口）
搬移内核到内存，向内核传参（根文件系统类型/位置/控制台/init进程）
引导内核启动
完成以上过程后bootloader不再控制CPU，CPU的控制权彻底移交给内核

kernel

进程管理、内存管理、文件管理、网络管理、设备管理
kernel启动到最后阶段，加载根文件系统
启动init进程-->shell-->userapp
（内核中的init退化为用户可视的init进程(1号进程)）

rooots

内核启动后第一个挂载的文件系统【通过挂载的方式(获取访问该文件集合的方式)】
init程序
配置文件
系统命令
库文件
普通文件(文本、图片、mp3等等

3、两种启动模式：

3.1 从nandflash启动，bootloader,kernel,rootfs均存储在nandflash上

1.系统上电后CPU自动搬移nandflash的前4KB程序到IRAM中，此时0地址被映射到0x40000000地址处(IRAM的起始地址)，直接执行IRAI中的程序，bootloader必须在前4KB代码中初始化好内存，并搬移自己剩余的部分到内存运行，bootloader向内核传参，从nandflash中搬移内核到内存的0x30008000地址处，启动内核
2.内核启动后，挂载nandflash中的根文件系统(mnt)
3.根文件系统被挂载完成后，内核会启动根文件系统中的init进程进一步启动shell及用户程序

3.2 从norflash启动bootloader使用norflash中的，kernel和rootfs存放于ubuntu主机上

1.系统上电后，直接执行norfilash中(norflash被接在0地址处)的bootloader程序， bootloader向内核传参，通过tftp服务下载内核到内存0x30008000地址处，启动内核
2.内核启动到最后阶段通过nfs服务挂载ubuntu中的rootfs
3.根文件系统被挂载完成后，内核会启动根文件系统中的init进程进一步启动shell及用户程序

3.2.1 tfcp

3.2.2 nfc

4、环境准备

1.在ubutun中安装tftp服务，并配置tftp服务目录
2.安装nfs服务，并配置nfs服务目录
3.下载uboot.bin到norflash的0地址处
4.拷贝ulmage(一个具体的内核)到tftp服务目录下
5.拷贝rootfs到nfs目录下(拷贝rootfs.tar.gz到nfs服务目录下并解压，使用命令+sudo)sudo tar-xvfrootfs.tar.gz

5、内核启动

设置serverip(ubuntu有限网卡的ip)及ipaddr(开发板)在同一网段
tftp 0x30008000 uImage 通过tftp服务将serverip中的uImage下载到内存的0x30008000地址处
bootm 0x30008000 启动0x30008000地址处的内核

6、开发模式

开发模式是交叉开发
交叉编译工具： arm-linux-gcc 编译arm(2440)运行的程序

7、嵌入式系统：嵌入式系统是软硬件可剪裁的专用计算机系统

8、编译内核

1、拷贝默认配置到.config（官方配置都在arch/arm/configs目录下）
2、make menuconfig
3、make uImage（静态编译内核）、make modules（编译内核模块）、make（内核及模块都编译）
【
1. 需要修改kernel/timeconst.pl文件
2. 需要修改arch/arm//boot/Makefile文件
】

9、相关文件解释

Image：可以直接使用的内核映像（镜像）
zImage：一段解压程序（代码）+Image压缩包
uImage：64字节的头信息+zlmage

10、向内核新加文件：（例：向driver/char目录下新加hello.c）

1、在driver/char目录下创建并编辑hello.c文件
2、修改driver/char下的Makefile新加一行 ---（obj-$(CONFIG_HELLO)+=hello.o）
3、在同层目录下修改Kconfig，添加一个hello的配置（只有Kconfig定义的配置才会出现在make menuconfig中）
config DEMObool "this is demo"                                                                                                                                                              default y---help---this is a test driver.
4、make menuconfig，修改关于hello的配置
5、make uImage

11、设备驱动程序

11.1 设备驱动分类

字符设备：一般以数据(字节)流的形式操作，数据访问有严格的顺序
块设备：数据可以随机访问（存储设备），以块的形式访问数据
网络设备：集成复杂的协议栈（网卡），按名字维护，没有设备号

11.2 设备号

设备号：内核维护设备驱动程序的数字(每个设备都有唯一的设备号)
设备号有32位，其中：
高12位主设备号区分不同类别的设备(LCD.KEY.LED)
低20位次设备号同类的不同设备

11.3

...
1. 实现供应用程序调用的接口(open、read、write等等)
----操作硬件的代码
2. 向内核注册该驱动程序(以设备号的形式)
3. 创建设备节点(一组绑定的设备名和设备号)

11.4、手动创建设备节点

mknod /dev/demo c 255 0
/dev/demo 设备节点名
c-字符设备
255 主设备号
次设备号

12、动态加载驱动

静态编译进内核：驱动存在于umage中，内核启动时加载驱动
动态加载驱动：驱动独立存在(xxx.ko),内核启动后动态加载
1、make menuconfig 对应配置选项为M
2、make modules
3、复制ko文件到根文件系统
4、在roots文件系统里面：
insmod led.ko（动态加载驱动模块）
lsmod （查看动态加载的驱动模块）
rmmod led （卸载动态加载的驱动模块）

13、节点

14、杂项设备驱动(字符设备)