驱动第二次答辩

字符设备驱动框架对于应用层和接口函数接口通过函数指针来规定返回值和参数规定死上层代码只认这个底层通过注册回调函数来填充实现调用时通过指针间接执行。对硬件来说只写操作设备的接口由于对于上层来说只有设备文件所以要设备文件和接口关联函数接口通过结构体file_operations规定;里面存放了很多函数高类聚低耦合把相关的紧密放一起高内聚不相关的别扯上关系低耦合常见函数函数功能分类核心作用cdev_init()cdev初始化初始化cdev结构体绑定file_operationsalloc_chrdev_region()设备号注册自动注册设备号cdev_add()cdev绑定将cdev和设备号绑定在cdev_map上class_create()设备类创建创建设备类/sys/classdevice_create()设备节点创建通过struct class发送uevent事件通知mdev创建设备节点应用程序访问底层驱动过程当驱动被加载时它会向内核注册自己的主设备号和一组操作函数file_operations。当用户程序调用open打开/dev下的对应设备文件时内核通过文件中的主设备号找到并绑定该驱动之后用户程序对该文件描述符的读写操作就会自动被内核转发到驱动注册的对应函数从而实现对硬件的控制。Linux Platform子系统框架总线、设备、驱动 增加驱动的可扩展性和可移植性将设备的信息从驱动中分离出来我们需要在操作系统中添加设备和驱动两部分。设备中包含设备的信息资源驱动中包含的是操作设备函数接口。为了让驱动最终能操作我们的硬件设备我们在驱动中必须获取设备的信息资源。设备和驱动是分离的它们都会向内核总线如platform总线注册。当任何一方无论是设备先来还是驱动先来注册时内核都会触发一次总线上的匹配扫描寻找名称或ID匹配的对方。一旦匹配成功操作系统就会自动调用驱动中实现的probe函数。当设备和驱动匹配成功后内核会将这个设备的详细信息包括设备树解析出的资源、名称、ID等封装成platform_device结构体并通过probe函数的参数传递给驱动。在Linux内核中总线本质上是两个用于管理和匹配的链表分别挂载着该总线上的设备和驱动当设备或驱动注册时内核通过总线遍历这两个链表进行匹配匹配成功则调用驱动的probe函数。基于总线写驱动流程1.根据设备确定总线类型2.根据总线类型确定设备在总线上如何描述struct platform_device内核解析设备树后自动创建struct platform_device3.根据总线类型确定驱动在总线上如何描述struct platform_driver4.根据总线类型确定如何在总线上注册设备platform_device_register设备树自动创建5.根据总线类型确定如何在总线上注册驱动platform_driver_register6.确定设备和驱动匹配原则name、id_table、of_match_table)7.设备和驱动匹配后linux调用probe函数获取硬件资源、注册字符设备常见函数函数功能分类核心作用platform_get_resource资源获取从platform_device中获取指定类型的资源信息如中断号、寄存器地址、DMA通道等platform_set_drvdata数据保存将私有数据指针保存到platform_device中供后续回调函数使用platform_get_drvdata数据获取从platform_device中获取之前保存的私有数据指针资源类型宏含义示例IORESOURCE_MEM内存地址区域寄存器基址、RAM 区域IORESOURCE_IOI/O 端口地址x86 的 I/O 端口IORESOURCE_IRQ中断号硬件中断线IORESOURCE_DMADMA 通道DMA 控制器通道号IORESOURCE_BUS总线地址总线地址范围设备树Linux 内核platform总线上设备与驱动的匹配规则1设备树中的compatible属性与驱动中指定的of_match_table中的compatible进行匹配如果没有匹配成功:2如果驱动中有id_table,则拿id_table中记录的名字与设备的名字匹配如果驱动中没有id_table,则拿驱动的名字与设备的名字platform_device结构体中name字段匹配Linux 中断子系统框架1.中断打断其他程序的执行所以中断处理的时候需要尽可能的快不能在中断处理过程中做耗时很长的事情。2.中断打断的当前的程序执行所以在中断处理的时候需要先保存现场CPU的状态和CPU内部寄存器的值压栈保存在中断处理结束的时候则恢复现场。中断控制器GIC )负责对每个中断源进行编号、使能、屏蔽和优先级仲裁并根据配置将中断请求分类为普通中断IRQ或快速中断FIQ最终分发给ARM 核心ARM Core。ARM 核接收到中断信号后会立即保存当前程序的执行上下文现场然后跳转到异常处理向量表执行对应的中断服务例程ISR处理完后再恢复现场并返回被打断的程序继续执行。全局的irq_desc数组按中断号0到NR_IRQS-1索引每个irq_desc结构体记录对应中断号、指向特定中断控制器操作函数集irq_chip如VIC0/VIC1的指针以及一个由irqaction结构体组成的链表。irqaction用于描述具体的中断处理动作包含处理函数handler、传递给处理函数的参数、中断标志、设备名称并通过next指针支持多个设备共享同一中断号当发生中断时内核会通过该中断号找到对应的irq_desc进而调用其irq_chip中的控制函数如enable/disable并遍历执行action链表上的所有处理函数。常见函数函数功能分类核心作用platform_get_resource资源获取从platform_device中获取指定类型的资源信息如中断号、触发方式、名称等devm_request_irq中断注册注册中断号、触发方式和中断回调函数中断生命周期绑定设备设备移除时自动释放中断上半部和下半部将中断处理函数中需要做的事情分成两部分在不同的函数中完成。上半部在中断产生时立即执行在中断上下文中运行且屏蔽中断只负责紧急、快速的任务如清中断标志、拷贝硬件数据下半部则在合适的时机通常上半部结束后触发执行不屏蔽中断、可被打断负责耗时较长或可能需要休眠的剩余工作如数据处理、协议解析。下半部的实现机制软中断tasklettasklet 是基于软中断实现的。软中断不能直接使用Linux 内核为了方便开发者在软中断之上封装了 tasklet 接口使用更简单。所以除非对性能要求特别高否则都应使用 tasklet。常见函数tasklet_init()注册tasklet回调函数tasklet_schedule()调用软中断work queue工作队列work queue是另一种将工作推后执行的形式它把工作交由一个内核线程去执行在进程上下文运行但不能访问用户空间。其最大特点是允许重新调度甚至睡眠。选择工作队列还是软中断/tasklet可遵循以下规则推后执行的任务需要睡眠→ 只能选工作队列任务需要延时指定时间再触发→ 选工作队列可利用timer延时任务需要在一个tick内处理→ 选软中断或tasklet可抢占普通进程和内核线程任务对延迟时间无要求无关紧要的任务 → 选工作队列。另外如果需要用一个可以重新调度的实体来执行下半部应使用工作队列。它是唯一能在进程上下文运行的下半部机制也只有它可以睡眠。这在需要获取大量内存、获取信号量、执行阻塞式I/O操作时非常有用。常见函数函数功能分类核心作用INIT_WORK工作队列初始化初始化work_struct结构体并绑定工作队列回调函数schedule_work工作队列调度将工作项放入系统默认工作队列的链表中并唤醒工作线程执行cancel_work_sync工作队列同步取消取消已提交但未执行的工作项并同步等待正在执行的工作项完成下半部机制上下文复杂度执行性能顺序执行保障软中断中断高(需要自己确保软中断的执行顺序及锁机制)好(全部自己实现便于调优)没有tasklet中断中(提供了简单的接口来使用软中断)中同类型不能同时执行工作队列进程低(在进程上下文中运行与写用户程序差不多)差没有(和进程上下文一样被调度)Linux Input子系统框架Input 子系统用于管理各类输入设备如按键、触摸屏、鼠标等负责对外部事件的感知与上报。它将硬件层产生的原始输入事件经过内核驱动和核心层处理后通过统一的接口当input_register_device()执行时内核会自动创建如/dev/input/eventX提供给用户空间应用程序使用。linux内核注册了多个handler驱动模块并通过input_handler_list链表维护设备匹配流程Linux 内核中维护了一个名为 input_handler_list 的链表 每个 input_handler 都会被注册到这个链表 上 而链表是通过类型为 list_head 的成员 node 串联起来的。和input_dev匹配成功后会创建input_handle会分配新的次设备号、注册字符设备提供evdev_fops并创建设备节点/dev/input/eventX。常见函数函数功能分类核心作用devm_input_allocate_device资源分配申请input_dev资源并在remove时自动释放并绑定参数代表设备的生命周期input_register_device设备注册注册input_dev设备并创建一个input设备节点给应用层访问input_report_key事件上报向核心层上报按键值存入事件缓存input_sync同步事件发送同步事件表示应用层可读取一组输入事件硬件led在源码/Documentation/devicetree/bindings有各个设备树的解释grep gpio-cells * -nR | grep 厂家名字查找到的信息如下在自己的设备树中引用该节点按键在设备树下查找看看芯片厂家怎么写的grep interrupt-controller * -nRcombiner要看芯片手册支不支持就近原则谁直接控制我们中断就写谁我们选图三在芯片的参考文档linux-3.14/Documentation/devicetree/bindings中找grep #interrupt-cells * -nR | grep exynos先找板子再找厂家从范围小的找起参数值来源第一个参数中断号1硬件原理图按键连接在 GPX1_1 引脚对应中断编号 1第二个参数触发方式8芯片手册/文档低电平触发所以写出来的设备树是现象问题在同一个驱动管理多个设备时open函数如何准确获取当前打开的是哪个设备的私有数据从而正确操作对应硬件的问题。对比维度方法一container_of方法二次设备号查链表/数组依据通过inode-i_cdev反推包含它的外层结构体地址通过iminor(inode)获取次设备号作为索引或键值查找适用环境每个设备独立拥有自己的cdev注册时cdev_add的 count 为 1多个设备共享同一个cdev注册时cdev_add的 count 大于 1