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linux设备驱动归纳总结(一):内核的相关基础概念

2015年03月03日 驱动开发 ⁄ 共 8642字 ⁄ 字号 暂无评论 ⁄ 阅读 202 次

在网上看到的,讲的不错,遂转载过来。原文地址: http://blog.chinaunix.net/uid-25014876-id-59413.html

 

linux设备驱动归纳总结(一):内核的相关基础概念

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.linux设备驱动的作用

内核:用于管理软硬件资源,并提供运行环境。如分配4G虚拟空间等。

linux设备驱动:是连接硬件和内核之间的桥梁。

linux系统按个人理解可按下划分:

应用层:包括POSIX接口,LIBC,图形库等,用于给用户提供访问 内核的接口。属于用户态,ARM运行在用户模式(usr)或 者系统模式(sys)下。

内核层:应用程序调用相关接口后,会通过系统调用,执行SWI指 令切换ARM的工作模式到超级用户(svc)模式下,根据用 户函数的要求执行相应的操作。

硬件层:硬件设备,当用户需要操作硬件时,内核会根据驱动接口 操作硬件设备

图结构如下:

linux 图结构

linux 图结构

举一个相对比较邪恶的类比:

在酒店经常会在门缝看到一些卡片,上面说可以通过打电话送货上门提供某中服务。

linux类比图

linux类比图

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.内核代码树介绍

linux-2.6.29

|-arch : 包含和硬件体系结构相关的代码

|-block : 硬盘调度算法,不是驱动

|-firmware : 固件,如BOIS

|-Documentation: 标准官方文档

|-dirver : linux设备驱动

|-fs : 内核所支持的文件体系

|-include :头文件。linux/module.h linux/init.h 常用库。

|-init :库文件代码,C库函数在内核中的实现。

init/main.c ->start_kernel->内核执行第一条代码

|-ipc : 进程件通信

|-mm :内存管理

|-kernel : 内核核心部分,包括进程调度等

|-net :网络协议

|-sound : 所有音频相关

其中,跟设备驱动有关并且经常查阅的文件夹有:

init

include : linux, asm-arm

drivers:

arch:

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.内核补丁:

补丁一般都是基于某个版本内核生成的,用于升级旧内核。

打补丁需要注意:

1.对应版本的补丁只能用于对应版本的内核。

2.如果在已打补丁的内核再打补丁,需要先卸载原来补丁。

打补丁的方法:

1.制作补丁:

diff -Nur linux-2.6.30/ linux-2.6.30.1/ > linux-2.6.30.1.patch

//N为新加的文件全部修改

//linux-2.6.30 旧版本

//linux-2.6.30.1 新版本

//目标补丁

2.打补丁:

cd linux-2.6.30 //!!注意在原文件夹的目录中打补丁

patch -p1 < ../linux-2.6.30.1.patch //-p1是忽略一级目录

3.恢复:

cd linux-2.6.30 //!!注意在原文件夹的目录中打补丁

patch -R < ../linux-2.6.30.1.patch //撤销补丁

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.内核中的Makefile

对于内核,Makefile分为5类:

Documentation/kbuild/makefiles.txt描述如下:


The Makefiles have five parts:

Makefile 总Makefile,控制内核的编译
.config 内核配置文件,配置内核时生成, 如make menuconfig后
arch/$(ARCH)/Makefile 对应体系结构的Makefile
scripts/Makefile.* Makefile共用的规则
kbuild Makefiles 各子目录下的Makefile,被上层的Makefile调用。

简单来说,编译内核会执行以下两步骤,它们分别干了以下的事情。

1一般的,我们会拷贝一个对应体系结构的配置文件到主目录下并改名为 .config,这样就在make menuconfig生成的图形配置中 已经有了一些默认的配置,减少用户的劳动量。不过这一步不做也没关系的。

2.make menuconfig

2.1、由总Makefile决定编译的体系结构(ARCH). 编译工具(CROSS_COMPILE),并知道需要进去哪些内核根下的哪些目录进行编译。

2.2、由arch/$(ARCH)/Makefile,决定arch/$(ARCH)下还有 的哪些目录和文件需要编译。

2.3、知道了需要编译的目录后,递归的进入哪些目录下,读取每一个Kconfig的信息,生成了图形配置的界面。

2.4、通过我们在图形配置界面中选项为[*][M]或者[]

2.5、保存并退出配置,会根据配置生成一份新的配置文件.config,并在同时生成include/config/auto.conf(这是.config的去注释版)。文件里面保存着CONFIG_XXXX等变量应该取y还是取m

3.make

3.1、根据Makefile包含的目录和配置文件的要求,进去个子目录进行编译,最后会在各子目录下 生成一个.o或者.a文件,然后总Makefile指定的连接脚本 arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成vmlinux,并通过 压缩编程bzImage,或者按要求在对应的子目录下编译成 模块

但是,具体是怎么生成配置文件的呢?

注:我使用的内核是2.6.29

1.在总Makefile中,根据以下语句进入需要编译的目录


# Objects we will link into vmlinux / subdirs we need to visit

init-y := init/

drivers-y := drivers/ sound/ firmware/

net-y := net/

libs-y := lib/

core-y := usr/

endif # KBUILD_EXTMOD

core-y += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/

上面说明了,根目录下的initdriversoundfirmwarenetlibusr等目录,在编译时都会进去读取目录下的Makefile并进行编译。

2.在总Makefile中包含的目录还是不够的,内核还需要根据对应的CPU体系架构,

决定还需要将哪些子目录将要编译进内核。在总Makefile中有一个语句:

include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile //在这里,我定义SRCARCH = arm

可以看出,在总Makefile中进去读取相应体系 结构的Makefile->arch/$(SRCARCH)/Makefile

arch/$(SRCARCH)/Makefile中指定arch/$(SRCARCH)路径下的哪些子目录需要被编译。

arch/arm/Makefile 下:


head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o arch/arm/kernel/init_task.o

# If we have a machine-specific directory, then include it in the build.

core-y += arch/arm/kernel/ arch/arm/mm/ arch/arm/common/

core-y += $(machdirs) $(platdirs)

core-$(CONFIG_FPE_NWFPE) += arch/arm/nwfpe/

core-$(CONFIG_FPE_FASTFPE) += $(FASTFPE_OBJ)

core-$(CONFIG_VFP) += arch/arm/vfp/

drivers-$(CONFIG_OPROFILE) += arch/arm/oprofile/

libs-y := arch/arm/lib/ $(libs-y)

上面看到,指定需要进入arch/arm/kernel/arch/arm/mm/arch/arm/common/ 等目录编译,至于core-ycore-$(CONFIG_FPE_NWFPE)这些是什么东西呢?

其中,y表示编译近内核,m表示编译成模块(上面没有,因为默认情况下ARM全部编译进内核),但$(CONFIG_OPROFILE)又是什么呢? 这些是根据用户在make menuconfig中设置后,生成的值赋给了CONFIG_OPROFILE

3.make menuconfig后的配置信息是怎么来的?

这是由各子目录下的Kconfig提供选项功用户选择并配置。

arch/arm/Kconfig。 所有的配置都是根据arch/$(ARCH)/Kconfig文件通过Kconfig的语法source读取 各个包含的子目录Kconfig来生成一个配置界面。每个Makefile目录下都有一个 对应的Kconfig文件,用于生成配置界面来给用户决定内核如何配置,配置后会确定一个。 CONFIG_XXX的的值(如上面的CONFIG_OPROFILE),来决定编译进内核,还是编译成模块或者不编译。

如在arch/arm/Kconfig下:


source "arch/arm/mach-clps711x/Kconfig"

source "arch/arm/mach-ep93xx/Kconfig"

source "arch/arm/mach-footbridge/Kconfig"

source "arch/arm/mach-integrator/Kconfig"

source "arch/arm/mach-iop32x/Kconfig"

source "arch/arm/mach-iop33x/Kconfig"

这些就是用来指定,需要读取以下目录下的Kconfig文件来生成一个使用make menuconfig时的配置界面。

至于子目录下的Kconfig是怎么样的,待会介绍。

总结Kconfig的作用:

3.1.make menuconfig下可以配置选项;

3.2..config中确定CONFIG_XXX的的值。

4.只是读取以上的两个Makefile还是不够了,内核还会把包含的子目录一层一层的 读取它里面的MakefileKconfig

上面啰啰嗦嗦地讲了这么久,无非就是想说,内核的编译并不是一个Makefile搞定的,需要通过根目录下的总Makefile来包含一下子Makefile(不管是根目录下的子目录还是/arch/arm中的子目录)。而Kconfig,为用户提供一个交互界面来选择如何配置并生成配置选项。

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五、子目录下的MakefileKconfig

上面我一直介绍的都是两个比较大的Makefile——Makefilearch/$(ARCH)/Makefile。接下来看一下实例。

一、makefile中,y表示编译进内核,m表示编译成模块,不写代表不编译。 所以,配置最简单的方法就是,直接修改子目录的Makefile

先看看arch/arm/Makefile


/*arch/arm/mach-s3c2440/Makefile */

obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += s3c2440.o dsc.o

obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += irq.o

obj-$(CONFIG_CPU_S3C2440) += clock.o //配置2440的时钟进入模块

obj-$(CONFIG_S3C2440_DMA) += dma.o

如果我要取消s3c2440的时钟(当然这是必须要开的,只是举例)。 可以直接修改arch/arm/mach-s3c2440/Makefile obj-$( CONFIG_CPU_S3C2440) += clock.o改为


obj- += clock.o

如果你想编译成模块也可以修改成:


obj-m += clock.o

在这里 CONFIG_CPU_S3C2440的值默认是y,所以内核是要将时钟编译进内核的。也许有人会问,那我直接修改 CONFIG_CPU_S3C2440的值为m不就可以将时钟编译成模块了,何必修改Makefile这么麻烦呢?的确是这样,只要我们通过在”make menuconfig”的界面中配置后就能够改变CONFIG_CPU_S3C2440的值。接下来看看如何实现。

二、在一般的编译内核时,我们都是通过”make menuconfig”进入图形界面面配置的, 接下来我实现一下如何将一个选项加入到图形配置界面中。

看看具体实现的步骤:

以下的执行环境是在PC机上,我使用的内核是linux-2.6.29

2.1.进入内核目录

cd linux-2.6.29

2.2. driver目录下模拟一个名为test1驱动的文件夹

mkdir driver/test1

2.3. 在目录下随便些一个C文件,只要不报错。

vim test1.c

我的test1.c如下:


void foo()

{

;

}

2.4vim Makefile //在目录下编写一个简单的Makefile

Makefile文件编写如下:


obj-$(CONFIG_TEST1) += test1.o

CONFIG_TEST1是决定test1是否编译进内核或者编译成模块的。这就是通 过同一目录下的Kconfig来在配置界面中生成选项,由用户在make menuconfig中选择。

2.5所以还要同一目录下写一个Kconfig

vim Kconfig

Kconfig修改如下:


menu "test1 driver here" //这是在图形配置显示的

config TEST1

bool "techbulo test1 driver" //这同样也是在图形配置显示的

help

This is test1 //这个也是在图形配置显示的。

说白了,就是在图形配置的driver下多了一个配置选项,用户配置后将 CONFIG_TEST1的值存放在.config中,Makefile通过读取.config的去注释版include/config/auto.conf读取到CONFIG_TEST的值,再进行编译。

但是,以上几步还不能达到目的,因为虽然在总Makefile中已经包含了 目录driver,但是driver目录的Makefile中并没有包含test目录。因此 需要在driver/Makefile中添加:


obj-$(CONFIG_PPC_PS3) += ps3/

obj-$(CONFIG_OF) += of/

obj-$(CONFIG_SSB) += ssb/

obj-$(CONFIG_VIRTIO) += virtio/

obj-$(CONFIG_STAGING) += staging/

obj-y += platform/

obj-$(CONFIG_TEST1) += test1/ //这是我添加的

虽然Makefile中已经包含了,但这样还是不行。因为当需要配置ARM时, ARM结构下的Kconfig并没有包含testKconfig这样的话就不会出现在图形配置界面中,因此在arch/arm/Kconfig中添加:


menu "Device Drivers" //要在Device Drivers这个选项里面添加

source "drivers/base/Kconfig"

source "drivers/connector/Kconfig"

。。。。。。。。

source "drivers/test/Kconfig" //这是我添加的

endmenu

大功告成!

这样,make menuconfig界面写的Driver Devices下就多了一个 "test1 friver here"的目录,里面有一个配置选项"techbulo test1 driver"

make menuconfig

make menuconfig

Kconfig文件的语法在documentation/kbuild/kconfig-language.txt文件中 有详细的讲解,上面我只是简单实现了一下,都是皮毛。

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.内核和模块的编译

编译内核很简单,只需要配置完毕后执行make命令,将指定的文件编译进内核

bzImage或者编译成模块。

make = make bzImage + make modules

因此如果值编译内核,即只编译配置文件中-y选项,可以直接用命令

make bzImage

如果值编译模块,即只编译配置文件中的-m选项,可以之直接使用命令

make modules

模块可以编译当然也可以清除,使用命令

make modules clean

如果只想单独编译一个模块,可以使用命令

make M=drivers/test/ modules //只单独编译drivers/test中的.ko

make M=drivers/test/ modules clean //清除

上面的是在内核目录下的操作,但当我写驱动时,我并不可能在内核目录下编

写,但我编译时却要依赖内核中的规则和Makefile,所以就有了以下的方法,

同时这也是一般的编写驱动时Makefile的格式。

指定内核Makefile并单独编译

make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` module

make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` module clean

//-C 指定内核Makefile的路径,可以使用相对路径。

//-M 指定要编译的文件的路径,同样课使用相对路径。

编译生成的模块可以指定存放的目录

make -C /root/linux-2.6.29 M=`pwd` modules_install INSTALL_MOD_PATH=/nfsroot

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七、总结

说了这么久估计都说糊涂了,其实我只是想表达一下内核编译时大体上究竟是怎么样的一个过程。

我以编译S3C2440的内核为例再说一遍:

1一般我们会想将一份S3C2440的默认配置拷贝到内核跟目录下并改名为.config

2.make menuconfig

2.1、由总Makefile决定编译的体系结构(ARCH). 编译工具(CROSS_COMPILE),并知道需要进去哪些内核根下的哪些目录进行编译。

2.2、由arch/$(ARCH)/Makefile,决定arch/$(ARCH)下还有 的哪些目录和文件需要编译。

2.3、知道了需要编译的目录后,递归的进入哪些目录下,读取每一个Kconfig的信息,生成了图形配置的界面。

2.4、通过我们在图形配置界面中选项为[*][M]或者[]

2.5、保存并退出配置,会根据配置生成一份新的配置文件.config,并在同时生成include/config/auto.conf(这是.config的去注释版)。文件里面保存着CONFIG_XXXX等变量应该取y还是取m

3.make

3.1、根据Makefile包含的目录和配置文件的要求,进去个子目录进行编译,最后会在各子目录下 生成一个.o或者.a文件,然后总Makefile指定的连接脚本 arch/$(ARCH)/kernel/vmlinux.lds生成vmlinux,并通过 压缩编程bzImage,或者按要求在对应的子目录下编译成 模块

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