《Linux设备驱动开发详解》（第2版）.PDF

《Linux设备驱动开发详解》(第2 版) 作者：华清远见 第1 章 Linux设备驱动概述及开发环境构建 本章目标 本章将介绍 Linux 设备驱动开发的基本概念，并对本书所基于的平台和开发环境进行讲解。 1.1 节阐明了设备驱动的概念和作用。 1.2 节和 1.3 节分别讲解在无操作系统情况下和有操作系统情况下设备驱动的设计，通过对两者不同的 分析讲解设备驱动与硬件和操作系统的关系。 1.4 节对 Linux 操作系统的设备驱动进行了概要性的介绍，给出了设备驱动与整个软硬件系统的关系， 分析了 Linux 设备驱动的重点、难点和学习方法。 专业始于专注 卓识源于远见 1.5 节对本书所基于的 LDD6410 ARM11 开发板和开发环境的安装进行了介绍。 本章的最后给出了一个设备驱动的“Hello World”实例，即最简单的 LED 驱动在无操作系统情况下和 Linux 操作系统下的实现。 设备驱动的作用 任何一个计算机系统的运转都是系统中软硬件共同努力的结果，没有硬件的软件是空中楼阁，而没有软 件的硬件则只是一堆废铁。硬件是底层基础，是所有软件得以运行的平台，代码最终会落实为硬件上的组 合逻辑与时序逻辑。软件则实现了具体应用，它按照各种不同的业务需求而设计，完成了用户的最终诉求。 硬件较固定，软件则很灵活，可以适应各种复杂多变的应用。可以说，计算机系统的软硬件互相成就了对 方。 但是，软硬件之间同样存在着悖论，那就是软件和硬件不应该互相渗透入对方的领地。为尽可能快速 地完成设计，应用软件工程师不想也不必关心硬件，而硬件工程师也难有足够的闲暇和能力来顾及软件。 譬如，应用软件工程师在调用套接字发送和接收数据包的时候，不必关心网卡上的中断、寄存器、存储空 间、I/O 端口、片选以及其他任何硬件词汇；在使用printf() 函数输出信息的时候，他不用知道底层究竟是 怎样把相应的信息输出到屏幕或者串口。 也就是说，应用软件工程师需要看到一个没有硬件的纯粹的软件世界，硬件必须被透明地呈现给他。谁来 实现硬件对应用软件工程师的隐形？这个光荣而艰巨的任务就落在了驱动工程师的头上。 对设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具 体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA 通信，进行物理内存向虚拟内存的 映射等，最终让通信设备能收发数据，让显示设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。 由此可见，设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带，它使得应用软件只需要调用系统软件的应用 编程接口（API ）就可让硬件去完成要求的工作。在系统中没有操作系统的情况下，工程师可以根据硬件 设备的特点自行定义接口，如对串口定义 SerialSend()、SerialRecv()，对LED 定义LightOn() 、LightOff()， 对Flash 定义FlashWrite()、FlashRead()等。而在有操作系统的情况下，驱动的架构则由相应的操作系统定义， 驱动工程师必须按照相应的架构设计驱动，这样，驱动才能良好地整合入操作系统的内核。 驱动程序沟通着硬件和应用软件，而驱动工程师则沟通着硬件工程师和应用软件工程师。目前，随着 通信、电子行业的迅速发展，全世界每天都会有大量的新芯片被生产，大量的新电路板被设计，也因此， 会有大量设备驱动需要开发。这些驱动，或运行在简单的单任务环境，或运行在VxWorks 、Linux 、Windows 等多任务操作系统环境，发挥着不可替代的作用。 1.2 无操作系统时的设备驱动 并不是任何一个计算机系统都一定要运行操作系统，在许多情况下，操作系统都不必存在。对于功能 比较单一、控制并不复杂的系统，譬如ASIC 内部、公交车的刷卡机、电冰箱、微波炉、简单的手机和小 灵通等，并不需要多任务调度、文件系统、内存管理等