標(biāo)題：Linux內(nèi)核修煉之道》 之 高效學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)

第一個(gè)原因是：目前幾乎所有的驅(qū)動(dòng)開發(fā)方面的參考書，內(nèi)容結(jié)構(gòu)都是先介紹介紹什么是 linux 驅(qū)動(dòng)，它分為哪些種類，然后是各種類型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序的內(nèi)容細(xì)節(jié)。大都是只注重各種驅(qū)動(dòng)本身的細(xì)節(jié)，而沒有站在一個(gè)全局整體的角度講解一下驅(qū)動(dòng)開發(fā)的方法。這樣導(dǎo)致的后果就是，大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)開發(fā)者雖然可以正確的編寫驅(qū)動(dòng)程序，但往往都是只知其一不知其二，知其然而不知其所以然。

第二個(gè)原因是：目前很多驅(qū)動(dòng)開發(fā)者，即使是已經(jīng)有多年經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，在開發(fā)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候也就是填充填充 driver 的結(jié)構(gòu)體，對(duì)于比較成熟的平臺(tái)，就是網(wǎng)上找個(gè)類似的驅(qū)動(dòng)修改一下，即使寫十個(gè)百個(gè)千個(gè)驅(qū)動(dòng)，也就是對(duì)某些硬件比較熟，遇到全新的芯片全新的平臺(tái)就束手無策。應(yīng)該說這樣對(duì)驅(qū)動(dòng)的理解是很有限的。這也是目前linux 驅(qū)動(dòng)開發(fā)領(lǐng)域的現(xiàn)狀。

我們首先認(rèn)識(shí)一下 linux 驅(qū)動(dòng)的基本面，我們認(rèn)識(shí)一個(gè)新事物的的第一件事就是了解它的一些基本信息，就像我們?nèi)伺c人之間互相認(rèn)識(shí)首先也是通過個(gè)人的基本信息一樣。

linux 驅(qū)動(dòng)在本質(zhì)上就是一種軟件程序，上層軟件可以在不用了解硬件特性的情況下，通過驅(qū)動(dòng)提供的接口，和計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行通信。

系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，而驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核和硬件之間的接口，也就是內(nèi)核和硬件之間的橋梁。它為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以象操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。

linux 驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，管理著系統(tǒng)中的設(shè)備控制器和相應(yīng)的設(shè)備。它主要完成這么幾個(gè)功能：對(duì)設(shè)備初始化和釋放；傳送數(shù)據(jù)到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；檢測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

一般來說，一個(gè)驅(qū)動(dòng)可以管理一種類型的設(shè)備。例如不同的 U 盤都屬于 mass storage 設(shè)備，我們不需要為每一個(gè) U 盤編寫驅(qū)動(dòng)，而只需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)就可以管理所有這些 mass storage 設(shè)備。

為方便我們加入各種驅(qū)動(dòng)來支持不同的硬件，內(nèi)核抽象出了很多層次結(jié)構(gòu)，這些層次結(jié)構(gòu)是 linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的上層。它們抽象出各種的驅(qū)動(dòng)接口，驅(qū)動(dòng)只需要填寫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，就能很容易把新的驅(qū)動(dòng)添加到內(nèi)核。

一般來說， linux 驅(qū)動(dòng)可以分為三類，就是塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)，字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。塊設(shè)備的讀寫都有緩存來支持，并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存取。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)主要用于磁盤驅(qū)動(dòng)器。

而字符設(shè)備的 I/O 操作沒有通過緩存。字符設(shè)備操作以字節(jié)為基礎(chǔ)，但不是說一次只能執(zhí)行一個(gè)字節(jié)操作。例如對(duì)于字符設(shè)備我們可以通過 mmap 一次進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換。字符設(shè)備實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單和靈活。

    網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在 Linux 里做專門的處理。 Linux 的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是基于 BSD 的 socket 機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)為網(wǎng)絡(luò)操作提供接口，管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接送和收發(fā)。為了屏蔽網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多樣性， Linux 對(duì)所有的物理設(shè)備進(jìn)行抽象并定義了一個(gè)統(tǒng)一的概念，稱之為接口（ interface ）。所有對(duì)網(wǎng)絡(luò)硬件的訪問都是通過接口進(jìn)行的，接口對(duì)上層協(xié)議提供一致化的操作集合來處理基本數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，對(duì)下層屏蔽硬件差異。它與字符設(shè)備及塊設(shè)備不同之處其一就是網(wǎng)絡(luò)接口不存在于 Linux 的設(shè)備文件系統(tǒng) /dev/ 中。

和前一篇的介紹一樣，看完外表，我們?cè)倏磧?nèi)涵，就是 Linux 驅(qū)動(dòng)的工作流程。大概有四個(gè)部分：使用 insmod 加載，模塊的初始化，進(jìn)行設(shè)備操作，使用 rmmod 卸載。

Linux 驅(qū)動(dòng)有兩種存在形式，一種是直接編譯進(jìn)內(nèi)核，就是我們?cè)谂渲脙?nèi)核的時(shí)候，在相應(yīng)選項(xiàng)上選 Y ，另外一種就是編譯成模塊，按需加載和卸載。通常我們使用insmod 命令完成模塊的加載，在加載時(shí)還可以指定模塊參數(shù)。另外一個(gè)常用的加載工具是 modprobe ，它與 insmod 的不同在于它會(huì)檢查模塊之間的依賴關(guān)系，將該模塊依賴的模塊也加載到內(nèi)核。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)都有自己的初始化函數(shù)，完成一些新功能的注冊(cè)，這個(gè)初始化函數(shù)只是在初始化的時(shí)候被使用。在 linux 系統(tǒng)里，設(shè)備以文件的形式存在，應(yīng)用程序可以通過 open 、 read 等函數(shù)操作設(shè)備，通過設(shè)備文件實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的訪問。設(shè)備不再使用時(shí)，我們使用 rmmod 命令來卸載它，卸載的過程會(huì)調(diào)用到驅(qū)動(dòng)的推出函數(shù)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)都必須有一個(gè)退出函數(shù)，沒有的話，內(nèi)核就不會(huì)允許去卸載它。

在對(duì) linux 驅(qū)動(dòng)的外表和內(nèi)涵都有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)之后，我們來看看作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)者，我們需要注意哪些問題。

首先，對(duì)模塊機(jī)制的了解是開發(fā) linux 驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，因?yàn)槲覀兙帉戲?qū)動(dòng)的過程也就是在編寫一個(gè)內(nèi)核模塊的過程。早期版本的內(nèi)核是整體式的，也就是說所有的部分都靜態(tài)地連接成一個(gè)很大的執(zhí)行文件。但是現(xiàn)在的內(nèi)核采用的是新的機(jī)制，即模塊機(jī)制：許多功能包含在模塊內(nèi)，當(dāng)你需要時(shí)可以使用 insmod 去擁抱它，將它動(dòng)態(tài)地載入到內(nèi)核里，當(dāng)你不需要時(shí)，則可以使用 rmmod 將它一腳踢開。這就使得 kernel 的內(nèi)核很小，而且在運(yùn)行的時(shí)候可以不用 reboot 就能夠載入和替代模塊。

其次，我們要注重對(duì)設(shè)備模型的理解。其實(shí)從 2.6 內(nèi)核開始，隨著設(shè)備模型的出現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)的開發(fā)就不再是個(gè)困難的問題，毫不夸張得說，理解了設(shè)備模型，再去看那些五花八門的驅(qū)動(dòng)程序，你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己站在了另一個(gè)高度，從而有了一種俯視的感覺，就像鳳姐俯視知音和故事會(huì)，韓峰同志俯視女下屬。不過貌似大部分驅(qū)動(dòng)開發(fā)者都沒意識(shí)到這個(gè)問題。

最后，是要養(yǎng)成使用協(xié)議的 spec 、設(shè)備的 datasheet 、內(nèi)核參考代碼去解決問題的習(xí)慣，而不是一碰到問題就到處尋找所謂的牛人去問怎么解決。

中間的那些內(nèi)容和前面精華版的博文里差不多，就不貼了，…………