一位嵌入式Linux菜鸟设备驱动学习之路

1.设备驱动的作用

计算机系统由硬件、软件组成，而对于实际开发来说，硬、软件间耦合性应尽量低，即应用开发工程师不需关心 硬件，而硬件开发工程师无暇顾及软件。为了降低硬、软耦合性，产生了设备驱动工程师。

2.操作系统驱动设计架构

在无操作系统时，硬件工程师可以自定义API供应用开发工程师使用；而使用操作系统后，需按操作系统定义的架构设计驱动，如此才能良好的嵌入内核中。

对图1.1而言： 
优点：驱动编写简单 
缺点：对于每一个硬件设备，应用工程师要花精力去了解硬件工程师提供的API

对图1.4而言： 
优点：对于应用工程师，任何硬件设备均体现为操作系统提供的API，无需知道硬件如何实现 
缺点：驱动设计变得及其复杂

疑问：有了操作系统后，驱动变得十分复杂，那为什么还要引入操作系统？ 

解答： 
1.为上层应用开发提供便利，只需如操作文件似的使用open、write、read等函数即可实现对各种硬件设备的使用，不论设备的具体类型和工作方式。 

2.没有操作系统，难以实现多任务并发应用程序（对于这点，目前仍然体会不到2016.12.8）

3.LINUX操作系统驱动架构

纵观Linux内核的源代码，设备驱动并非各类教学视频中所介绍的简单形式。在实际Linux驱动中，Linux内核尽量做得更多，以便底层驱动做得更少，而且也特别强调跨平台性。Linux势必为不同驱动子系统设计不同的框架。

为了使Linux驱动尽量具有可重用性。如同一DM9000网卡驱动最好不改一行就可以在任何一个平台跑起来。Linux采用Linux总线、设备和驱动模型把开发板硬件信息从驱动剥离出来，驱动只管驱动、设备只管开发板具体硬件资源、总线负责匹配设备和驱动，如此驱动以标准方式拿到板极信息。

看到现在，不禁有个疑问，自己制作的全新硬件或者现成开发板如mini2440、JZ2440的硬件资源（即板极信息）是如何让内核知晓的？(下面分析均基于s3c2440)

在linux/arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c中有板极信息初始化函数

smdk2440_machine_init

static void __init smdk2440_machine_init(void)

{

    s3c24xx_fb_set_platdata(&smdk2440_fb_info);

    s3c_i2c0_set_platdata(NULL);

    platform_add_devices(smdk2440_devices,  ARRAY_SIZE(smdk2440_devices));

    smdk_machine_init();

}

逐步分析关键函数platform_add_devices

//缩进表示函数间调用关系

 smdk2440_machine_init

      platform_add_devices(smdk2440_devices

        for (i = 0; i < num; i++)  

            platform_device_register(devs[i]);

                device_initialize(&pdev->dev);

                platform_device_add(pdev);/*

上面主要是遍历设备所占用的资源，找到对应的父资源，如果没有定义，那么根据资源的类型，分别赋予iomem_resource和ioport_resource，然后调用insert_resource插入资源。*/

从上面可知，通过调用platform_add_devices将smdk2440_devices定义的s3c2440中所有的platform设备注册到了linux设备模型核心中

static struct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata = {

    &s3c_device_usb,

    &s3c_device_lcd,

    &s3c_device_wdt,

    &s3c_device_i2c0,

    &s3c_device_iis,

};

前面提到Linux采用Linux总线、设备和驱动模型来使硬件信息从驱动中剥离出来，目前设备信息已经注册进内核，而platform驱动则是由各个驱动程序模块分别注册到内核，那他们两者该如何联系起来？这就跟linux设备模型核心有关系了。

为了解设备与驱动间的联系流程，以linux/input/keyboard/gpio-keys.c按键为例：

module_init(gpio_keys_init);

    platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver);

        driver_register(&drv->driver);  

            bus_add_driver(drv);

                driver_attach(drv);

                    bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv,

                        driver_match_device(drv, dev)                           

/*匹配驱动与设备的name是否相同*/    platform_match(dev, drv)

                        driver_probe_device(drv, dev);

                            really_probe(dev, drv);

/*

gpio_keys_probe详细分析参考：http://www.cnblogs.com/cyc2009/p/4127496.html*/gpio_keys_probe(struct  

    setup_timer(&bdata->timer

    INIT_WORK

    gpio_keys_report_event

        input_event

            input_handle_event

        input_sync(input);

    input_allocate_device();

    input_register_device();

        input_attach_handler();

            handler->connect(handler, dev,id);      

/*

input子系统介绍参考：

http://blog.csdn.net/sdvch/article/details/44619699

*/                                           gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id)

     schedule_work(&bdata->work);

具体的file_operations成员函数在Evdev.c中实现，通过核心层Input将事件传送至事件驱动层Evdev，执行具体的open、read、write、ioctl等函数

module_init(evdev_init);

    input_register_handler(&evdev_handler);

    evdev_pass_event(struct evdev_client *client

Linux内核input子系统框架如下： 

到目前，似乎摸着了驱动框架的边缘，但是回过头去看，内核支持许多硬件，内核如何知道应该执行smdk2440_machine_init，而不是其他板子的初始化函数，而且smdk2440_machine_init是何时何处调用的尚未可知？因此，回过头去了解内核的启动流程。

首先，关注MACHINE_START、MACHINE_END两个宏中间的内容

MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")

    /* Maintainer: Ben Dooks <[e-mail]> */

    .phys_io    = S3C2410_PA_UART,

    .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

    .boot_params    = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

    .init_irq   = s3c24xx_init_irq,

    .map_io     = smdk2440_map_io,

    .init_machine   = smdk2440_machine_init,

    .timer      = &s3c24xx_timer,

MACHINE_END

将MACHINE_START、MACHINE_END展开可知，定义了一个machine_desc结构体类型的变量__mach_desc_S3C2440

static const struct machine_desc __mach_desc_S3C2440    __used

__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {

    .nr     = MACH_TYPE_S3C2440,        

    .name       = "SMDK2440",

    .phys_io    = S3C2410_PA_UART,

    .io_pg_offst    = (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,

    .boot_params    = S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

    .init_irq   = s3c24xx_init_irq,

    .map_io     = smdk2440_map_io,

    .init_machine   = smdk2440_machine_init,

    .timer      = &s3c24xx_timer,

};

内核的第一个C函数为start_kernel，从这出发进行分析：

start_kernel(linux/init/main.c)

        setup_arch(&command_line);

                mdesc = setup_machine(machine_arch_type);

                        lookup_machine_type(nr);  

                init_arch_irq = mdesc->init_irq;

                system_timer = mdesc->timer;

                init_machine = mdesc->init_machine; /*由此可知，setup_machine函数通过机器码machine_arch_type，来通知内核要执行哪个开发板的初始化函数*/

虽然，上面讲mdesc->init_machine赋值给了init_machine，但是并未执行，搜索代码后发现，init_machine被customize_machine调用。

static int __init customize_machine(void)

{

    /* customizes platform devices, or adds new ones */

    if (init_machine)

        init_machine();

    return 0;

}

arch_initcall(customize_machine);

继续跟随start_kernel往下看

start_kernel(init/main.c)

    setup_arch(&command_line);

    rest_init

        kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS

            kernel_init

                do_basic_setup

                    do_initcalls

/*

在do_initcalls处将调用customize_machine，从而过渡至smdk2440_machine_init

*/

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