[課程筆記]Linux Driver正點原子課程筆記1 & 2 - Linux驅動開發 & 字符設備驅動開發基礎實驗

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Course 1 - Linux驅動開發

驅動開發思維

為何需要Linux driver?

直接在Linux下操作register不現實，太複雜也不安全
Linux具有各種驅動框架(driver framework)，使得各種設置能夠依照一訂的規範進行開發

Linux下一切皆文件，而所有的driver都放置在/dev/xxx下，可以透過fops(file operation)來操作(打開、關閉、讀寫)

新版的Linux下supoort device tree，是一個.dts，記錄devices information，kernel會去分析.dts文件了解有哪些設備

驅動開發分類

linux 驅動分成三大類

char device driver: 字符設備驅動，按照字符依序存取，大部分的驅動都是這種，e.g. i2c
block device driver: 能以固定大小長度傳送和轉移，可以不需要按照順序操作，e.g. SD card
network device driver: 網路設備驅動，e.g. wifi

一個設備可以同時是不同類型的驅動，例如USB WIFI, SDIO WIFI是network device driver但同時也是char device driver

Course 2 - 字符設備驅動開發基礎實驗

應用程序和驅動的交互原理

驅動就是用來和device溝通的程式。Linux驅動編譯除了要編寫一個driver外，還要編寫一個測試應用程式(application)

單晶片機下驅動和應用是放在一個文件內
Linux下驅動和應用是完全分開的，所以此時就牽扯到user space & kernel space

以下部分內容引用自linux内存管理—用户空间和内核空间

关于虚拟内存有三点需要注意：

4G的进程地址空间被人为的分为两个部分—用户空间与内核空间。用户空间从0到3G（0xc0000000）,内核空间占据3G到4G。用户进程通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问内核空间的虚拟地址。例外情况只有用户进程进行系统调用（代表用户进程在内核态执行）等时刻可以访问到内核空间。

用户空间对应进程，所以每当进程切换，用户空间就会跟着变化；而内核空间是由内核负责映射，它并不会跟着进程变化，是固定的。内核空间地址有自己对应的页表，用户进程各自有不同的页表。

每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干的。

user space & kernel space: 為了安全性而做的區隔

linux kernel & driver在kernel space執行
application跑在user space

因此當app要access kernel resource時有三種方式

system call: 可以透過API來間接調用system call，例如POSIX & C Lib
interrupt
trap: software interrupt

每個system call會有一個id，例如在/arch/arm64/include/asm/unistd32.h中可以看到system call和對應的id

/* /arch/arm64/include/asm/unistd32.h */
#ifndef __SYSCALL
#define __SYSCALL(x, y)
#endif

#define __NR_restart_syscall 0
__SYSCALL(__NR_restart_syscall, sys_restart_syscall)
#define __NR_exit 1
__SYSCALL(__NR_exit, sys_exit)
#define __NR_fork 2
__SYSCALL(__NR_fork, sys_fork)
#define __NR_read 3
__SYSCALL(__NR_read, sys_read)
#define __NR_write 4
__SYSCALL(__NR_write, sys_write)
#define __NR_open 5
__SYSCALL(__NR_open, compat_sys_open)
...

要使用system call，必須要先透過trap觸發軟體中斷進入kernel mode，然後還需要指定system call id，然後整個流程大致如下圖:

字符設備驅動開發流程

Linux下一切皆文件(/dev/xxx)，application可以透過open()來打開設備，並透過read(), write()來存取設備, 並透過close()來關閉

因此在設計驅動的時候，需要撰寫對應的open(), close(), write()… function，這些被記錄在file_operations的struct內向外提供