Linux是一套免費(fèi)使用和自由傳播的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，是一個(gè)基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它能運(yùn)行主要的UNIX工具軟件、應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它支持32位和64位硬件。Linux繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計(jì)思想，是一個(gè)性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

　　想要深入理解linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)，你必須明確以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　? 應(yīng)用程序、庫(kù)、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)系

　　? 設(shè)備類(lèi)型

　　? 設(shè)備文件、主設(shè)備號(hào)與從設(shè)備號(hào)

　　? 驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

　　? 用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)

　　? Linux驅(qū)動(dòng)程序功能

　　一、應(yīng)用程序、庫(kù)、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)系

　　1) 應(yīng)用程序調(diào)用一系列函數(shù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)文件的操作完成一系列功能。

　　應(yīng)用程序以文件形式訪問(wèn)各種硬件設(shè)備(Linux特有的抽象方式，把所有的硬件訪問(wèn)抽象為對(duì)文件的讀寫(xiě)、設(shè)置)

　　函數(shù)庫(kù)：

　　部分函數(shù)無(wú)需內(nèi)核的支持，由庫(kù)函數(shù)內(nèi)部通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)，直接完成功能

　　部分函數(shù)涉及到硬件操作或內(nèi)核的支持，由內(nèi)核完成對(duì)應(yīng)功能，我們稱其為系統(tǒng)調(diào)用

　　2) 內(nèi)核處理系統(tǒng)調(diào)用，根據(jù)設(shè)備文件類(lèi)型、主設(shè)備號(hào)、從設(shè)備號(hào)(后面會(huì)講解)，調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

　　3) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)直接與硬件通信。

　　二、設(shè)備類(lèi)型

　　硬件是千變?nèi)f化的，沒(méi)有八千也有一萬(wàn)了，就像世界上有三種人：男人、女人、女博士一樣，linux做了一個(gè)很偉大也很艱難的分類(lèi)：把所有的硬件設(shè)備分為三大類(lèi)：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

　　1) 字符設(shè)備：字符(char)設(shè)備是個(gè)能夠像字節(jié)流(類(lèi)似文件)一樣被訪問(wèn)的設(shè)備。

　　對(duì)字符設(shè)備發(fā)出讀/寫(xiě)請(qǐng)求時(shí)，實(shí)際的硬件I/O操作一般緊接著發(fā)生;

　　字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通常至少要實(shí)現(xiàn)open、close、read和write系統(tǒng)調(diào)用。

　　比如我們常見(jiàn)的lcd、觸摸屏、鍵盤(pán)、led、串口等等，就像男人是用來(lái)干活的一樣，他們一般對(duì)應(yīng)具體的硬件都是進(jìn)行出具的采集、處理、傳輸。

　　2) 塊設(shè)備：一個(gè)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要通過(guò)傳輸固定大小的數(shù)據(jù)(一般為512或1k)來(lái)訪問(wèn)設(shè)備。

　　塊設(shè)備通過(guò)buffer cache(內(nèi)存緩沖區(qū))訪問(wèn)，可以隨機(jī)存取，即：任何塊都可以讀寫(xiě)，不必考慮它在設(shè)備的什么地方。

　　塊設(shè)備可以通過(guò)它們的設(shè)備特殊文件訪問(wèn)，但是更常見(jiàn)的是通過(guò)文件系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)。

　　只有一個(gè)塊設(shè)備可以支持一個(gè)安裝的文件系統(tǒng)。

　　比如我們常見(jiàn)的電腦硬盤(pán)、SD卡、U盤(pán)、光盤(pán)等，就像女人一樣是用來(lái)存儲(chǔ)信息的。

　　3) 網(wǎng)絡(luò)接口：任何網(wǎng)絡(luò)事務(wù)都經(jīng)過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口形成，即一個(gè)能夠和其他主機(jī)交換數(shù)據(jù)的設(shè)備。

　　訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)接口的方法仍然是給它們分配一個(gè)唯一的名字(比如eth0)，但這個(gè)名字在文件系統(tǒng)中不存在對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。

　　內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序間的通信，完全不同于內(nèi)核和字符以及塊驅(qū)動(dòng)程序之間的通信，內(nèi)核調(diào)用一套和數(shù)據(jù)包傳輸相關(guān)的函數(shù)(socket函數(shù))而不是read、write等。

　　比如我們常見(jiàn)的網(wǎng)卡設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備，就像女博士一樣，數(shù)量稀少但又不可或缺。

　　linux中所有的驅(qū)動(dòng)程序最終都能歸到這三種設(shè)備中，當(dāng)然他們之間也沒(méi)有非常嚴(yán)格的界限，這些都是程序中對(duì)他們的劃分而已，比如一個(gè)sd卡，我們也可以把它封裝成字符設(shè)備去操作也是沒(méi)有問(wèn)題的。就像。。。

　　三、設(shè)備文件、主設(shè)備號(hào)、從設(shè)備號(hào)

　　有了設(shè)備類(lèi)型的劃分，那么應(yīng)用程序應(yīng)該怎樣訪問(wèn)具體的硬件設(shè)備呢?

　　或者說(shuō)已經(jīng)確定他是一個(gè)男人了，那么怎么從萬(wàn)千世界中區(qū)分他與他的不同呢?

　　答案是：姓名，在linux驅(qū)動(dòng)中也就是設(shè)備文件名。

　　那么重名怎么辦?

　　答案是：身份證號(hào)，在linux驅(qū)動(dòng)中也就是設(shè)備號(hào)(主、從)。

　　設(shè)備文件：

　　在linux系統(tǒng)中有一個(gè)約定俗成的說(shuō)法:“一切皆文件”，應(yīng)用程序使用設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)設(shè)備， Linux下的各種硬件設(shè)備以文件的形式存放于/dev目錄下，可以使用ls /dev 查看Linux把對(duì)硬件的操作全部抽象成對(duì)文件的操作(open,read,write,close,…)

　　每個(gè)設(shè)備文件都有其文件屬性(c或者b)，使用ls /dev -l 的命令查看， 表明其是字符設(shè)備或者塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒(méi)有在這個(gè)文件夾下，用來(lái)明其性別(男人、女人)

　　主設(shè)備號(hào)、從設(shè)備號(hào)

　　在設(shè)備管理中，除了設(shè)備類(lèi)型外，內(nèi)核還需要一對(duì)被稱為主從設(shè)備號(hào)的參數(shù)，才能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)設(shè)備，類(lèi)似人的身份證號(hào)

　　主設(shè)備號(hào)：

　　用于標(biāo)識(shí)驅(qū)動(dòng)程序，相同的主設(shè)備號(hào)使用相同的驅(qū)動(dòng)程序，例如：S3C2440 有串口、LCD、觸摸屏三種設(shè)備，他們的主設(shè)備號(hào)各不相同;

　　從設(shè)備號(hào)：

　　用于標(biāo)識(shí)同一驅(qū)動(dòng)程序的不同硬件

　　例：PC的IDE設(shè)備，主設(shè)備號(hào)用于標(biāo)識(shí)該硬盤(pán)，從設(shè)備號(hào)用于標(biāo)識(shí)每個(gè)分區(qū)，2440有三個(gè)串口，每個(gè)串口的主設(shè)備號(hào)相同，從設(shè)備號(hào)用于區(qū)分具體屬于那一個(gè)串口。

　　四、驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序的區(qū)別

　　應(yīng)用程序以main開(kāi)始

　　驅(qū)動(dòng)程序沒(méi)有main，它以一個(gè)模塊初始化函數(shù)作為入口

　　應(yīng)用程序從頭到尾執(zhí)行一個(gè)任務(wù)

　　驅(qū)動(dòng)程序完成初始化之后不再運(yùn)行，等待系統(tǒng)調(diào)用

　　應(yīng)用程序可以使用glibc等標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫(kù)

　　驅(qū)動(dòng)程序不能使用標(biāo)準(zhǔn)C庫(kù)

　　五、用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的區(qū)分

　　驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，工作在內(nèi)核態(tài)

　　應(yīng)用程序工作在用戶態(tài)

　　數(shù)據(jù)空間訪問(wèn)問(wèn)題

　　無(wú)法通過(guò)指針直接將二者的數(shù)據(jù)地址進(jìn)行傳遞

　　系統(tǒng)提供一系列函數(shù)幫助完成數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)換

　　get_user

　　put_user

　　copy_from_user

　　copy_to_user

　　六、Linux驅(qū)動(dòng)程序功能

　　對(duì)設(shè)備初始化和釋放資源

　　把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)

　　讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù)

　　檢測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤(底層協(xié)議)

　　用于區(qū)分具體設(shè)備的實(shí)例