【嵌入式Linux驅動開發】學習筆記（彙總版）

QEMU虛擬板使用

編譯好驅動程序和應用程序後，複製到板子掛載的文件系統。如：
- cp hello_drv.ko hello_drv_test /home/clay/linux/qemu/NFS
更新內核和設備樹
- 編譯成功後，可在./arch/arm/boot/zImage目錄下得到內核文件，在./arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb得到設備樹文件
- 用上述2個文件去替換qemu中的zImage和100ask_imx6ull_qemu.dtb即可達到更新內核和設備樹的目的。
  - qemu的內核和設備樹文件在其安裝目錄下的./imx6ull-system-image文件夾下。
啓動QEMU(qemu終端操作)
- ./qemu-imx6ull-gui.sh
- mount -t nfs -o nolock,vers=3 10.0.2.2:/home/clay/linux/qemu/NFS /mnt
- cd /mnt && ls /mnt
- insmod hello_drv.ko - 加載驅動模塊
- lsmod - 列出系統所有的驅動模塊
- cat /proc/devices - 查看分配到的主設備號
關於qemu小燈狀態
- 低電平有效
- 打開-紅色-寫1
- 關閉-白色-寫0

GPIO電器屬性值

GPIO爲輸入時，配置爲0xF080
GPIO爲輸出時，配置爲0x10B0

查看終端是否註冊成功

cat /proc/interrupts

設備樹相關

查看設備樹節點：

ls /sys/firmware/devicetree/base
- 根節點對應base目錄, 每一個節點對應一個目錄, 每一個屬性對應一個文件
ls /proc/device-tree
- 鏈接文件, 指向 /sys/firmware/devicetree/base

platform平臺(name字段)

設備文件在：/sys/bus/platform/devices/
驅動文件在：/sys/bus/platform/drivers/

關於platform_device

系統中所有的platform_device, 有來自設備樹的, 也有來有.c文件中註冊的
ls /sys/devices/platform
對於來自設備樹的platform_device，可以進入 /sys/devices/platform/<設備名>/of_node中查看它的設備樹屬性
- 例如進入/sys/devices/platform/led/後，若該目錄下有of_node節點，就表明該platform_device來自設備樹
- 正常來說platform_device都在目錄/sys/devices/platform下，但是qemu的platform_device竟然沒有在，而是在目錄/sys/devices/soc0！（這一點要特別注意！）
- 進入myled節點裏，可以看到platform_divice的各種屬性，需要注意的是其中的driver目錄，這個是隻有在platform_device和platform_driver綁定後纔會生成的！
- 另外通過ls -l driver，可以看到drivver也是個軟鏈接，qemu中指向/sys/bus/platform/drivers/100ask_led目錄！
- 關於設備樹節點與驅動配對查看方法，參考這篇
- 關於platform_device爲什麼叫100ask_led，是由驅動程序決定的，如下圖所示。

GCC

預處理(.c/.cpp)、編譯()、彙編、鏈接

頭文件

默認頭文件路徑（程序中用<>包含頭文件，會到這個默認路徑查找文件）
- 系統gcc編譯器默認頭文件路徑：一般在/usr/include目錄下，進入該目錄，然後使用find -name "stdio.h"表示在當前目錄下查找stdio.h頭文件！ == find /usr/include/ -name "stdio.h"
- 交叉編譯gcc編譯器默認頭文件路徑：一般在交叉編譯工具的bin文件所在目錄，如/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf，然後搜索find -name "stdio.h此時找到的頭文件是交叉編譯gcc編譯器對應的頭文件！
不在默認頭文件路徑（使用雙引號）
- 不指定路徑，則默認到當前路徑下查找對應頭文件
- 指定路徑，加上-I ×××路徑

函數庫

默認路徑
- 系統gcc編譯器默認函數庫路徑：一般在/lib或者/usr/lib目錄。
- 交叉編譯gcc編譯器默認函數庫路徑：一般在交叉編譯工具的bin文件所在目錄，如/usr/local/arm/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf，然後搜索然後搜索find -name lib即可看到對應的lib目錄路徑，一般開發板使用的是/lib或者/usr/lib目錄
不在默認頭文件路徑
- 編譯時使用-L選項指定目錄，用-l選項指定庫。如 -labc，即想找到名字爲libabc.so的庫！

使用動態鏈接庫

生成.o文件：arm-linux-gnueabihf-gcc -c -o sub.o sub.c
生成動態鏈接庫：arm-linux-gnueabihf-gcc -shared -o libsub.so sub.o
使用動態鏈接庫生成可執行文件：arm-linux-gnueabihf-gcc -o test main.o -lsub -L ./
- 注意-l和sub之間沒有空格
- sub庫並沒有位於工具鏈的lib目錄，所以我們需要指定目錄，-L ./指定庫所在的目錄爲當前目錄
注意：使用動態鏈接庫交叉編譯生成的可執行程序，傳輸到板子上時，需要把動態鏈接庫libusb.so放到板子對應的/lib目錄
- 如果不放到板子對應的/lib目錄，則需要重新運行以下程序（放到/a目錄爲例）
  export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/a 然後運行./test

使用靜態鏈接庫

生成.o文件：arm-linux-gnueabihf-gcc -c -o sub.o sub.c
生成靜態鏈接庫：ar crs libsub.a sub.o(可以使用多個.o生成靜態庫)
使用靜態鏈接庫生成可執行文件rm-linux-gnueabihf-gcc -o test main.o libsub.a (如果.a不在當`前目錄下，需要指定它的絕對或相對路徑)
注意：靜態鏈接庫不需要放到板子上！！！

GCC編譯一些很有用的選項

gcc -E main.c // 查看預處理結果，比如頭文件是哪個
gcc -E -dM main.c > 1.txt // 把所有的宏展開，存在1.txt裏
gcc -Wp,-MD,abc.dep -c -o main.o main.c // 生成依賴文件abc.dep，後面Makefile會用

Makefile

$@ 表示目標
$^表示所有依賴，$<表示第一個依賴
-Wp,-MD,[email protected]，生成所有的目標依賴頭文件

驅動程序

驅動程序 = 驅動框架+硬件操作（單片機）
驅動程序書寫步驟
- ① 確定主設備號，也可以讓內核分配
- ② 定義自己的 file_operations 結構體
- ③ 實現對應的 drv_open/drv_read/drv_write 等函數，填入 file_operations 結構體
- ④ 把 file_operations 結構體告訴內核： register_chrdev
- ⑤ 誰來註冊驅動程序啊？得有一個入口函數：安裝驅動程序時，就會去調用這個入口函數
- ⑥ 有入口函數就應該有出口函數：卸載驅動程序時，出口函數調用 unregister_chrdev
- ⑦ 其他完善：提供設備信息，自動創建設備節點： class_create, device_create
函數查找參考內核中的其他程序
register_chrdev第一個參數爲主設備號，傳入0，讓內核爲你分配一個主設備號。也可以指定主設備號（前提：這個主設備號沒被佔用！）
- 加載的時候先創建類，再創建設備。
- 先摧毀設備，再摧毀類，最後取消註冊。

應用程序

函數使用，利用man手冊。如查找printf依賴的頭文件 man 3 printf
應用程序不能直接訪問內核數據，必須藉助其他數據。

設備樹基礎

DTS - Device Tree Source
DTC - Device Tree Compiler
DTB - Device Tree Binary
.dtsi是SOC的公共設備樹文件(i是include)，.dts是我們寫的設備樹文件，會追加到了.dtsi文件中！
/dts-v1/;這個是.dts設備樹文件開頭都要寫的
命名[label:] node-name[@unit-address]中括號中內容可以省略。
- label 的作用是爲了方便地引用 node，如uart0: uart@fe001000，可以有以下兩種訪問方式。
  - &uart0
  - &{/uart@fe001000}
系統啓動後可以在根文件系統中看到設備樹的節點信息。/proc/device-tree
編譯設備樹：make dtbs
設備樹的處理過程是： dtb -> device_node -> platform_device

設備樹屬性

compatible
- 根節點下的 compatible 屬性
  - 用來選擇哪一個“machine desc”：一個內核可以支持machine A，也支持 machine B，內核啓動後會根據根節點的 compatible 屬性找到對應的machine desc (機器描述)結構體，執行其中的初始化函數。
  - compatible 的值，建議取這樣的形式： “manufacturer,model”，即“廠家名,模塊名”。
- 設備節點下的compatible 屬性
  - 用來表示兼容的驅動。比如對於某個 LED，內核中可能有 A、 B、 C 三個驅動都支持它，那可以這樣寫。內核啓動時，就會爲這個 LED 按這樣的優先順序爲它找到驅動程序： A、 B、 C。

led {
	compatible = “A”, “B”, “C”;
};

model
- model 用來準確地定義這個硬件是什麼
- 比如一個單板的設備文件的根節點下compatible屬性，可以兼容內核中的“smdk2440”，也兼容“mini2440”。但是它到底是什麼板？用 model 屬性來明確。
- 比如有 2 款板子配置基本一致, 它們的 compatible 是一樣的，那麼就通過 model 來分辨這 2 款板子
status
- 最後追加的值會覆蓋前面的值，即只有最後一次賦的值纔有效！
- dtsi 文件中定義了很多設備，但是在你的板子上某些設備是沒有的。這時你可以給這個設備節點添加一個 status 屬性，設置爲“disabled”。
- 通常使用的屬性值：“okay”和“disabled”

示例

//address-cells 爲 1，所以 reg 中用 1 個數來表示地址，即用 0x80000000 來表示地址
//size-cells 爲 1，所以 reg 中用 1 個數來表示大小，即用 0x20000000 表示大小
/ {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	memory {
		reg = <0x80000000 0x20000000>;
	};
};

#address-cells、 #size-cells
- cell 指一個 32 位的數值
- address-cells： address 要用多少個 32 位數來表示；size-cells： size 要用多少個 32 位數來表示。
reg
- 本意是 register，用來表示寄存器地址。但在設備樹裏，它可以用來描述一段空間。
- reg 屬性的值，是一系列的“address size”，用多少個 32 位的數來表示 address 和 size，由其父節點的#address-cells、 #size-cells 決定。

示例：

/dts-v1/;
/ {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	memory {
		reg = <0x80000000 0x20000000>;
	};
};

對於 ARM 系統，寄存器和內存是統一編址的，即訪問寄存器時用某塊地址，訪問內存時用某塊地址，在訪問方法上沒有區別。

name(已過時)
- 它的值是字符串，用來表示節點的名字。在跟 platform_driver 匹配時，優先級最低。compatible 屬性在匹配過程中，優先級最高。
device_type(已過時)
- 它的值是字符串，用來表示節點的類型。在跟 platform_driver 匹配時，優先級爲中。compatible 屬性在匹配過程中，優先級最高。

OF函數【Open Firmware 開放固件】

內核源碼中 include/linux/目錄下有很多 of 開頭的頭文件。
驅動通過OF函數獲取設備樹節點信息
- 要獲取節點內容，需要先獲取節點

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