【Linux开发】linux设备驱动归纳总结（一）：内核的相关基础概念
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一.linux設備驅動的作用
內核：用于管理軟硬件資源，并提供運行環(huán)境。如分配4G虛擬空間等。
linux設備驅動：是連接硬件和內核之間的橋梁。
linux系統(tǒng)按個人理解可按下劃分：
應用層：包括POSIX接口，LIBC，圖形庫等，用于給用戶提供訪問?內核的接口。屬于用戶態(tài)，ARM運行在用戶模式(usr)或?者系統(tǒng)模式(sys)下。
內核層：應用程序調用相關接口后，會通過系統(tǒng)調用，執(zhí)行SWI指?令切換ARM的工作模式到超級用戶(svc)模式下，根據用?戶函數的要求執(zhí)行相應的操作。
硬件層：硬件設備，當用戶需要操作硬件時，內核會根據驅動接口?操作硬件設備
圖結構如下：
舉一個相對比較邪惡的類比：
在深圳的酒店經常會在門縫看到一些卡片，上面說可以通過打電話送貨上門提供某中服務。
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二.內核代碼樹介紹
linux-2.6.29
｜－arch :?包含和硬件體系結構相關的代碼
｜－block :?硬盤調度算法，不是驅動
｜－firmware :?固件，如BOIS
｜－Documentation:?標準官方文檔
｜－dirver : linux設備驅動
｜－fs :?內核所支持的文件體系
｜－include?：頭文件。linux/module.h linux/init.h?常用庫。
｜－init?：庫文件代碼，C庫函數在內核中的實現。
init/main.c ->start_kernel->內核執(zhí)行第一條代碼
｜－ipc :?進程件通信
｜－mm?：內存管理
｜－kernel :?內核核心部分，包括進程調度等
｜－net?：網絡協(xié)議
｜－sound :?所有音頻相關
｜
其中，跟設備驅動有關并且經常查閱的文件夾有：
init
include : linux, asm-arm
drivers:
arch:
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三.內核補丁：
補丁一般都是基于某個版本內核生成的，用于升級舊內核。
打補丁需要注意：
1.對應版本的補丁只能用于對應版本的內核。
2.如果在已打補丁的內核再打補丁，需要先卸載原來補丁。
打補丁的方法：
1.制作補丁：
diff -Nur linux-2.6.30/ linux-2.6.30.1/ > linux-2.6.30.1.patch
//N為新加的文件全部修改
//linux-2.6.30?舊版本
//linux-2.6.30.1?新版本
//目標補丁
2.打補丁：
cd linux-2.6.30 //！！注意在原文件夾的目錄中打補丁
patch -p1 < ../linux-2.6.30.1.patch //-p1是忽略一級目錄
3.恢復：
cd linux-2.6.30 //！！注意在原文件夾的目錄中打補丁
patch -R < ../linux-2.6.30.1.patch //撤銷補丁
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四.內核中的Makefile：
對于內核，Makefile分為5類：
Documentation/kbuild/makefiles.txt描述如下：
50 The Makefiles have five parts:
51
52 Makefile?總Makefile，控制內核的編譯
53 .config?內核配置文件，配置內核時生成，?如make menuconfig后
54 arch/$(ARCH)/Makefile?對應體系結構的Makefile
55 scripts/Makefile.* Makefile共用的規(guī)則
56 kbuild Makefiles?各子目錄下的Makefile，被上層的Makefile調用。
簡單來說，編譯內核會執(zhí)行以下兩步驟，它們分別干了以下的事情。
1一般的，我們會拷貝一個對應體系結構的配置文件到主目錄下并改名為?.config，這樣就在make menuconfig生成的圖形配置中?已經有了一些默認的配置，減少用戶的勞動量。不過這一步不做也沒關系的。
2.make menuconfig
2.1、由總Makefile決定編譯的體系結構(ARCH).?編譯工具(CROSS_COMPILE)，并知道需要進去哪些內核根下的哪些目錄進行編譯。
2.2、由arch/$(ARCH)/Makefile,決定arch/$(ARCH)下還有?的哪些目錄和文件需要編譯。
2.3、知道了需要編譯的目錄后，遞歸的進入哪些目錄下，讀取每一個Kconfig的信息，生成了圖形配置的界面。
2.4、通過我們在圖形配置界面中選項為[*]、[M]或者[]。
2.5、保存并退出配置，會根據配置生成一份新的配置文件.config，并在同時生成include/config/auto.conf（這是.config的去注釋版）。文件里面保存著CONFIG_XXXX等變量應該取y還是取m。
3.make
3.1、根據Makefile包含的目錄和配置文件的要求，進去個子目錄進行編譯，最后會在各子目錄下?生成一個.o或者.a文件，然后總Makefile指定的連接腳本arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成vmlinux，并通過?壓縮編程bzImage，或者按要求在對應的子目錄下編譯成?模塊。。
但是，具體是怎么生成配置文件的呢？
注：我使用的內核是2.6.29。
1.在總Makefile中，根據以下語句進入需要編譯的目錄
470 # Objects we will link into vmlinux / subdirs we need to visit
471 init-y := init/
472 drivers-y := drivers/ sound/ firmware/
473 net-y := net/
474 libs-y := lib/
475 core-y := usr/
476 endif # KBUILD_EXTMOD
639 core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
上面說明了，根目錄下的init、driver、sound、firmware、net、lib、usr等目錄，在編譯時都會進去讀取目錄下的Makefile并進行編譯。
2.在總Makefile中包含的目錄還是不夠的，內核還需要根據對應的CPU體系架構，
決定還需要將哪些子目錄將要編譯進內核。在總Makefile中有一個語句：
529 include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile //在這里，我定義SRCARCH = arm
可以看出，在總Makefile中進去讀取相應體系?結構的Makefile->arch/$(SRCARCH)/Makefile。
arch/$(SRCARCH)/Makefile中指定arch/$(SRCARCH)路徑下的哪些子目錄需要被編譯。
在?arch/arm/Makefile?下：
95 head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o
187 # If we have a machine-specific directory, then include it in the build.
188 core-y += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/
189 core-y += $(machdirs) $(platdirs)
190 core-$(CONFIG_FPE_NWFPE) += arch/arm/nwfpe/
191 core-$(CONFIG_FPE_FASTFPE) += $(FASTFPE_OBJ)
192 core-$(CONFIG_VFP) += arch/arm/vfp/
193
194 drivers-$(CONFIG_OPROFILE) += arch/arm/oprofile/
195
196 libs-y := arch/arm/lib/ $(libs-y)
上面看到，指定需要進入arch/arm/kernel/、arch/arm/mm/、arch/arm/common/?等目錄編譯，至于core-y、?core-$(CONFIG_FPE_NWFPE)這些是什么東西呢？
其中，y表示編譯成模塊，m表示編譯進內核(上面沒有，因為默認情況下ARM全部編譯進?內核)，但$(CONFIG_OPROFILE)又是什么呢？?這些是根據用戶在make menuconfig中設置后，生成的值賦給了CONFIG_OPROFILE。
3.那make menuconfig后的配置信息是怎么來的？
這是由各子目錄下的Kconfig提供選項功用戶選擇并配置。
如arch/arm/Kconfig。?所有的配置都是根據arch/$(ARCH)/Kconfig文件通過Kconfig的語法source讀取?各個包含的子目錄Kconfig來生成一個配置界面。每個Makefile目錄下都有一個?對應的Kconfig文件，用于生成配置界面來給用戶決定內核如何配置，配置后會確定一個。?CONFIG_XXX的的值（如上面的CONFIG_OPROFILE），來決定編譯進內核，還是編譯成模塊或者不編譯。
如在arch/arm/Kconfig下：
595 source "arch/arm/mach-clps711x/Kconfig"
596
597 source "arch/arm/mach-ep93xx/Kconfig"
598
599 source "arch/arm/mach-footbridge/Kconfig"
600
601 source "arch/arm/mach-integrator/Kconfig"
602
603 source "arch/arm/mach-iop32x/Kconfig"
604
605 source "arch/arm/mach-iop33x/Kconfig"
這些就是用來指定，需要讀取以下目錄下的Kconfig文件來生成一個使用make menuconfig時的配置界面。
至于子目錄下的Kconfig是怎么樣的，待會介紹。
總結Kconfig的作用：
3.1.在make menuconfig下可以配置選項;
3.2.在.config中確定CONFIG_XXX的的值。
4.只是讀取以上的兩個Makefile還是不夠了，內核還會把包含的子目錄一層一層的?讀取它里面的Makefile和Kconfig。
上面啰啰嗦嗦地講了這么久，無非就是想說，內核的編譯并不是一個Makefile搞定的，需要通過根目錄下的總Makefile來包含一下子Makefile（不管是根目錄下的子目錄還是/arch/arm中的子目錄）。而Kconfig，為用戶提供一個交互界面來選擇如何配置并生成配置選項。
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五、子目錄下的Makefile和Kconfig
上面我一直介紹的都是兩個比較大的Makefile——總Makefile和?arch/$(ARCH)/Makefile。接下來看一下實例。
一、在makefile中，y表示編譯進內核，m表示編譯成模塊，不寫代表不編譯。?所以，配置最簡單的方法就是，直接修改子目錄的Makefile?。
先看看arch/arm/Makefile：
/*arch/arm/mach-s3c2440/Makefile?*/
12 obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += s3c2440.o dsc.o
13 obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += irq.o
14 obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += clock.o //配置2440的時鐘進入模塊
15 obj-$(CONFIG_S3C2440_DMA) += dma.o
如果我要取消s3c2440的時鐘(當然這是必須要開的，只是舉例)。?可以直接修改arch/arm/mach-s3c2440/Makefile?將obj-$( CONFIG_CPU_S3C2440) += clock.o改為
obj- += clock.o
如果你想編譯成模塊也可以修改成：
obj-m += clock.o
在這里?CONFIG_CPU_S3C2440的值默認是y，所以內核是要將時鐘編譯進內核的。也許有人會問，那我直接修改?CONFIG_CPU_S3C2440的值為m不就可以將時鐘編譯成模塊了，何必修改Makefile這么麻煩呢？的確是這樣，只要我們通過在”make menuconfig”的界面中配置后就能夠改變?CONFIG_CPU_S3C2440的值。接下來看看如何實現。
二、在一般的編譯內核時，我們都是通過”make menuconfig”進入圖形界面面配置的，?接下來我實現一下如何將一個選項加入到圖形配置界面中。
看看具體實現的步驟：
以下的執(zhí)行環(huán)境是在PC機上，我使用的內核是linux-2.6.29：
2.1.進入內核目錄
cd linux-2.6.29
2.2.?在driver目錄下模擬一個名為test1驅動的文件夾
mkdir driver/test1
2.3.?在目錄下隨便些一個C文件，只要不報錯。
vim test1.c
我的test1.c如下：
1 void foo()
2 {
3 ? ;
4 }
2.4vim Makefile //在目錄下編寫一個簡單的Makefile
Makefile文件編寫如下：
obj-$(CONFIG_TEST1) += test1.o
CONFIG_TEST1是決定test1是否編譯進內核或者編譯成模塊的。這就是通?過同一目錄下的Kconfig來在配置界面中生成選項，由用戶在make menuconfig中選擇。
2.5所以還要同一目錄下寫一個Kconfig：
vim Kconfig
Kconfig修改如下：
menu "test1 driver here" //這是在圖形配置顯示的
config TEST1
bool "xiaobai test1 driver" //這同樣也是在圖形配置顯示的
help
This is test1 //這個也是在圖形配置顯示的。
說白了，就是在圖形配置的driver下多了一個配置選項，用戶配置后將?CONFIG_TEST1的值存放在.config中，Makefile通過讀取.config的去注?釋版include/config/auto.conf讀取到CONFIG_TEST的值，再進行編譯。
但是，以上幾步還不能達到目的，因為雖然在總Makefile中已經包含了?目錄driver,但是driver目錄的Makefile中并沒有包含test目錄。因此?需要在driver/Makefile中添加：
103 obj-$(CONFIG_PPC_PS3) += ps3/
104 obj-$(CONFIG_OF) += of/
105 obj-$(CONFIG_SSB) += ssb/
106 obj-$(CONFIG_VIRTIO) += virtio/
107 obj-$(CONFIG_STAGING) += staging/
108 obj-y += platform/
109 obj-$(CONFIG_TEST1) += test1/ //這是我添加的
雖然Makefile中已經包含了，但這樣還是不行。因為當需要配置ARM時，?ARM結構下的Kconfig并沒有包含test的Kconfig。這樣的話就不會出現在?圖形配置界面中，因此在arch/arm/Kconfig中添加：
1230 menu "Device Drivers" //要在Device Drivers這個選項里面添加
1231
1232 source "drivers/base/Kconfig"
1233
1234 source "drivers/connector/Kconfig"
。。。。。。。。
1330 source "drivers/test/Kconfig" //這是我添加的
1331
1332 endmenu
大功告成！
這樣，make menuconfig界面寫的Driver Devices下就多了一個?"test1 friver here"的目錄，里面有一個配置選項"xiaobai test1 driver"。
Kconfig文件的語法在documentation/kbuild/kconfig-language.txt文件中?有詳細的講解，上面我只是簡單實現了一下，都是皮毛。
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六.內核和模塊的編譯
編譯內核很簡單，只需要配置完畢后執(zhí)行make命令，將指定的文件編譯進內核
bzImage或者編譯成模塊。
make = make bzImage + make modules
因此如果值編譯內核，即只編譯配置文件中-y選項，可以直接用命令
make bzImage
如果值編譯模塊，即只編譯配置文件中的-m選項，可以之直接使用命令
make modules
模塊可以編譯當然也可以清除，使用命令
make modules clean
如果只想單獨編譯一個模塊，可以使用命令
make M=drivers/test/ modules //只單獨編譯drivers/test中的.ko
make M=drivers/test/ modules clean //清除
上面的是在內核目錄下的操作，但當我寫驅動時，我并不可能在內核目錄下編
寫，但我編譯時卻要依賴內核中的規(guī)則和Makefile，所以就有了以下的方法，
同時這也是一般的編寫驅動時Makefile的格式。
指定內核Makefile并單獨編譯
make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` module
make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` module clean
//-C?指定內核Makefile的路徑，可以使用相對路徑。
//-M?指定要編譯的文件的路徑，同樣課使用相對路徑。
編譯生成的模塊可以指定存放的目錄
make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` modules_install INSTALL_MOD_PATH=/nfsroot
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七、總結
說了這么久估計都說糊涂了，其實我只是想表達一下內核編譯時大體上究竟是怎么樣的一個過程。
我以編譯S3C2440的內核為例再說一遍：
1一般我們會想將一份S3C2440的默認配置拷貝到內核跟目錄下并改名為.config。
2.make menuconfig
2.1、由總Makefile決定編譯的體系結構(ARCH).?編譯工具(CROSS_COMPILE)，并知道需要進去哪些內核根下的哪些目錄進行編譯。
2.2、由arch/$(ARCH)/Makefile,決定arch/$(ARCH)下還有?的哪些目錄和文件需要編譯。
2.3、知道了需要編譯的目錄后，遞歸的進入哪些目錄下，讀取每一個Kconfig的信息，生成了圖形配置的界面。
2.4、通過我們在圖形配置界面中選項為[*]、[M]或者[]。
2.5、保存并退出配置，會根據配置生成一份新的配置文件.config，并在同時生成include/config/auto.conf（這是.config的去注釋版）。文件里面保存著CONFIG_XXXX等變量應該取y還是取m。
3.make
3.1、根據Makefile包含的目錄和配置文件的要求，進去個子目錄進行編譯，最后會在各子目錄下?生成一個.o或者.a文件，然后總Makefile指定的連接腳本?arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成vmlinux，并通過?壓縮編程bzImage，或者按要求在對應的子目錄下編譯成?模塊。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的【Linux开发】linux设备驱动归纳总结（一）：内核的相关基础概念的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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