一、驅動簡介

Linux的驅動在本質上就是一種軟件程序，上層軟件可以在不了解硬件特性的情況下，通過驅動提供的接口，和計算機硬件進行通信。

系統調用是內核和應用程序之間的接口，而驅動程序是內核和硬件之間的接口。它為應用程序屏蔽了硬件的細節，故對應用程序而言，硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。

Linux驅動程序只是內核的一部分，管理著系統的設備控制器和相應的設備。驅動程序，英文名為"Device Driver"，全稱“設備驅動程序”，是一種可以使計算機和設備通信的特殊程序，相當于硬件的接口，操作系統只有通過這個接口才能控制硬件設備的工作。它主要完成以下幾個功能：

• 對設備初始化和釋放
• 傳送數據到硬盤和從硬件讀取數據
• 檢測和處理設備出現的錯誤

二、驅動分類

計算機系統的硬件由CPU、存儲器、和外設組成。驅動針對的對象都是存儲器和外設。Linux將外設和存儲器分為三個基礎大類：塊設備驅動，字符設備驅動和網絡設備驅動。

2.1、字符設備驅動

字符設備是指那些必須以串行順序訪問的設備，字符設備的I/O操作沒有通過緩存。字符設備的操作是以字節為基礎的，但一次只能執行一個字節的操作。典型的如LCD、串口、LED、蜂鳴器、觸摸屏等等。

2.2、塊設備驅動

塊設備是相對于字符設備定義的，可以以任意順序進行訪問，以塊為單位進行操作。塊設備驅動的讀寫都有緩存來支持，且塊設備必須能夠隨機存取。設備的塊大小是設備本身設計時定義好的，軟件是不能去更改的，不同設備的塊大小可以不一樣。常見的塊設備都是存儲類設備，如：硬盤、NandFlash、iNand、SD等等。

2.3、網絡設備驅動

網絡設備驅動是專為網卡設計的驅動模型，面向數據包的接收和發送而設計的，它并不應對于文件系統的節點。即不對應于/dev目錄下的設備文件，應用程序最終用套間字socket完成與網絡設備的接口。

除網絡設備外，字符設備和塊設備都被映射到Linux文件系統的文件和目錄，通過文件系統的系統調用接口open(),write(),read(),close()等即可訪問字符設備和塊設備。塊設備比字符設備復雜，在它上面會首先建立一個磁盤/Flash文件系統，如FAT、EXT3、TAFFS、TFFS等，FAT、EXT3、TAFFS、TFF規范了文件和目錄在存儲介質上的組織。

三、驅動的編譯和加載

 Linux設備驅動屬于內核的一部分，Linux內核的一個模塊可以以兩種方式被編譯和加載

3.1、編譯方式

內部編譯：將驅動程序源碼放在內核源碼目錄中進行編譯。

外部編譯：將驅動程序源碼放在內核源碼目錄外進行編譯。

3.2、加載方式

靜態加載：編譯進uImage中，系統啟動時直接加載。

動態加載：編譯.ko文件，動態加載驅動模塊。

3.3、編譯器

x86等架構使用gcc即可，arm嵌入式設備需要使用相關交叉編譯工具鏈。

下面是內核模塊的例子：

#include <linux/module.h>    //所有模塊都需要的頭文件 
#include <linux/init.h>      // init&exit相關宏 
static int __init hello_init (void) 
{
    printk("Hello module init\n");
    return 0; 
} 
static void __exit hello_exit (void) 
{
    printk("Hello module exit\n");
}
module_init(hello_init); 
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("LYB");
MODULE_DESCRIPTION("test for linux driver");

分析上述程序，發現一個Linux內核模塊需包含模塊初始化和模塊卸載函數，前者在insmod的時候運行，后者在rmmod的時候運行。初始化與卸載函數必須在宏module_init和module_exit使用前定義，否則會出現編譯錯誤。

初始化與卸載函數必須在宏module_init和module_exit使用前定義，否則會出現編譯錯誤。程序中的：

• MODULE_LICENSE(“GPL”)用于聲明模塊的許可證。
• MODULE_AUTHOR：說明作者信息.。
• MODULE_DESCRIPTION：對本驅動的描述。

如果要將其直接編譯入Linux內核，則需要將源代碼文件拷貝入Linux內核源代碼的相應路徑里，并修改Makefile。

模塊初始化函數的任務是為以后調用模塊的函數做準備，好像是模塊說,：" 我在這里, 這是我能做的”。

模塊的退出函數( 例子里是 hello_exit )就在模塊被卸載時調用.，它好像告訴內核, "我不 再在那里了, 不要要求我做任何事了”。

 這種編程的方法類似于事件驅動的編程, 但是雖然不是所有的應用程序都是事件驅動的, 每個內核模塊都是。另外一個主要的不同, 在事件驅動的應用程序和內核代碼之間, 是退出函數: 一個終止的應用程序可以在釋放資源方面 懶惰, 或者完全不做清理工作, 但是模塊的退出函數必須小心恢復每個由初始化函數建立的東西, 否則會保留一些東西直到系統重啟。

編寫Makerfile文件來進行編譯：

KERN_DIR ?= /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)/        #內核源碼目錄/usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)/
PWD := $(shell pwd)
obj-m := driverTest.ko
all:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) modules
clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=$(PWD) clean

 3.4、驅動加載、卸載及debug

insmod ./hello.ko    // 加載驅動
lsmod                // 查看已加載的驅動
lsmod | grep hello   // 使用grep檢索過濾
demsg                // 查看內核打印信息
demsg | grep hello   // 使用grep過濾信息
rmmod hello          // 卸載驅動