Linux驱动开发学习笔记

第1章 Linux驱动开发的方式

1. mmap映射型设计方法。【不推荐】
   • 将芯片上的物理地址映射到用户空间的虚拟地址上，用户操作虚拟地址来操作硬件。
2. 使用文件操作集(file_operatiopns)设计方法。【极致推荐】
3. platfrom总线型设置方法。【比较流行】
4. 设备树。【推荐】

第2章 Linux设备分类

2.1 字符设备

1. LED
2. 显卡
3. 声卡
4. USB
5. 鼠标
6. 键盘
7. 触摸屏

2.1.1 字符设备特点

1. 按字节流顺序访问

   • 数据以字节为单位进行读写，像“流”一样，通常不支持随机访问。
   • 例如：串口、键盘、鼠标、LED 驱动等。

2. 不经过文件系统缓冲（可选）

   • 可以直接进行 read()、write() 系统调用，绕过内核页缓存（也可以使用缓存）。
   • 支持非阻塞 I/O、异步 I/O。

3. 无固定块大小概念

   • 传输单位是字节或任意大小的数据块，不像块设备固定为 512B 或 4KB。

4. 设备文件通常位于 /dev

   • 如 /dev/ttyS0、/dev/leds、/dev/mychardev。
   • 主设备号（major）标识设备类型，次设备号（minor）标识具体设备。

5. 常见操作函数

   • open, close, read, write, ioctl 等。

6. 不需要文件系统支持即可访问

   • 可以直接通过系统调用操作设备文件

2.2 块设备

1. 硬盘
2. nand flash
3. SD卡
4. U盘
5. eMMC卡

2.2.1  块设备特点

1. 以“块”为单位进行数据传输

   • 块大小通常是 512 字节、4KB 等，必须是 2 的幂。
   • 所有 I/O 操作都对齐到块边界。

2. 支持随机访问

   • 可以直接读写任意一个数据块（如第 1000 个块），适合存储设备。

3. 通过内核缓冲区（页缓存）进行 I/O

   • 块设备 I/O 通常经过 Buffer Cache 或 Page Cache，提高性能。
   • 支持写缓存、预读等优化。

4. 通常用于存储系统

   • 是文件系统（如 ext4、XFS）的底层载体。

5. I/O 请求被放入请求队列（request queue）

   • 内核可以对请求进行合并、排序（电梯算法），提高效率。

6. 设备文件在 /dev 下

   • 如 /dev/sda、/dev/sda1、/dev/mmcblk0。

7. 可被挂载为文件系统

   • 例如：mount /dev/sda1 /mnt

块设备驱动带有缓存。

2.3 网络设备

1. 无线网卡
2. 有线网卡

2.3.1 网络设备的特点

1. 不支持文件操作接口

   • 没有 open()、read()、write() 等系统调用。
   • 不创建传统意义上的设备文件（如 /dev/eth0 不存在）。

2. 通过套接字（socket）接口访问

   • 用户通过 socket()、send()、recv()、ioctl() 等进行网络通信。

3. 数据以“包”（packet）为单位传输

   • 面向数据包，不是字节流或块。
   • 支持协议栈（如 TCP/IP）。

4. 双向传输：发送和接收队列

   • 有独立的发送队列（TX queue）和接收队列（RX queue）。
   • 使用中断或 NAPI 处理数据包。

5. 由内核网络子系统管理

   • 属于 net_device 结构体管理，不是 inode。
   • 通过 ifconfig、ip 命令配置。

6. 支持多种协议

   • 如以太网、Wi-Fi、PPP、虚拟网卡（tun/tap）等。

7. 没有设备号（major/minor）

   • 不属于字符或块设备，因此不参与 dev_t 编号系统。

第3章 设备驱动框架

3.1 驱动框架

3.1 程序调用流程

第4章 重要驱动函数

4.1 调试信息

级别名称（宏）	数字	描述（用途）
KERN_EMERG	0	紧急（Emergency）：系统崩溃，几乎无法运行。如："System is down"
KERN_ALERT	1	警报（Alert）：必须立即处理的问题。如："Kernel panic"
KERN_CRIT	2	严重（Critical）：严重错误，如硬件故障、关键服务失败。
KERN_ERR	3	错误（Error）：运行时错误，影响功能但系统仍可运行。
KERN_WARNING	4	警告（Warning）：潜在问题，可能出错，但尚未失败。
KERN_NOTICE	5	注意（Notice）：正常但重要的情况，需引起注意。
KERN_INFO	6	信息（Informational）：普通信息，如设备初始化成功。
KERN_DEBUG	7	调试（Debug）：调试信息，仅开发时使用，生产环境通常关闭。

printk(KERN_INFO "This is an info message\n");
printk(KERN_ERR "Failed to allocate memory\n");
printk(KERN_DEBUG "Debug: i = %d\n", i);

第5章 自动生成设备文件