Linux驱动程序
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2025-11-24
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嵌入式
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Linux 驱动程序是用于与硬件设备进行交互的软件模块,它们允许操作系统内核和用户空间应用程序与硬件设备(如网卡、显卡、USB 设备、键盘、鼠标等)通信。Linux 的驱动程序通常以**内核模块**的形式存在,也可以是**静态编译进内核**的。 --- ## 一、Linux 驱动程序的类型 根据设备类型和接口方式,Linux 驱动可以分为以下几类: ### 1. **字符设备驱动** - 提供对设备的字节流访问。 - 例如:串口、键盘、鼠标、LCD 显示器等。 - 接口函数:`open()`, `read()`, `write()`, `ioctl()` 等。 ### 2. **块设备驱动** - 用于磁盘、闪存等按块读写设备。 - 例如:硬盘、U 盘、SD 卡等。 - 通常使用 I/O 调度器来管理数据传输。 ### 3. **网络设备驱动** - 处理网络数据包的收发。 - 例如:以太网卡、无线网卡等。 - 使用 `net_device` 结构体和 `ndo_open()`, `ndo_start_xmit()` 等接口。 ### 4. **平台设备驱动(Platform Driver)** - 用于没有标准总线连接的设备(如嵌入式系统中的 SoC 内部设备)。 - 通过 `platform_device` 和 `platform_driver` 注册。 ### 5. **设备树(Device Tree)驱动** - 在 ARM 等嵌入式平台上广泛使用。 - 用 `.dts` 文件描述硬件信息,驱动程序通过设备树获取设备资源。 --- ## 二、Linux 驱动开发的基本结构 一个典型的 Linux 字符设备驱动包括以下几个部分: ### 1. **头文件** ```c #include <linux/module.h> // 模块支持 #include <linux/fs.h> // 文件操作结构 #include <linux/cdev.h> // 字符设备结构 #include <linux/device.h> // 设备注册 ``` ### 2. **定义设备号** ```c #define DEVICE_NAME "mydevice" #define MAJOR_NUM 0 // 动态分配 ``` ### 3. **文件操作结构体** ```c static struct file_operations fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = my_open, .read = my_read, .write = my_write, .release = my_close, }; ``` ### 4. **模块初始化函数** ```c static int __init my_init(void) { alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, DEVICE_NAME); cdev_init(&cdev, &fops); cdev_add(&cdev, dev, 1); class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME); device_create(class, NULL, dev, NULL, DEVICE_NAME); printk(KERN_INFO "Driver loaded\n"); return 0; } ``` ### 5. **模块退出函数** ```c static void __exit my_exit(void) { cdev_del(&cdev); unregister_chrdev_region(dev, 1); device_destroy(class, dev); class_destroy(class); printk(KERN_INFO "Driver unloaded\n"); } ``` ### 6. **注册模块** ```c module_init(my_init); module_exit(my_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Your Name"); MODULE_DESCRIPTION("A simple character driver"); ``` --- ## 三、常见开发工具和调试方法 | 工具/方法 | 说明 | |-----------|------| | `insmod` / `rmmod` | 加载/卸载模块 | | `modinfo` | 查看模块信息 | | `dmesg` | 查看内核日志 | | `gdb` | 调试内核模块(需配置) | | `printk()` | 内核打印日志(类似 `printf`) | | `strace` | 跟踪用户空间调用 | | `ltrace` | 跟踪库函数调用 | --- ## 四、驱动开发流程 1. **编写驱动代码** 实现设备的打开、读写、控制等操作。 2. **编译为内核模块(`.ko` 文件)** 使用 `make` 或 `gcc -m32 -D__KERNEL__ -I/usr/src/linux-headers-...` 编译。 3. **加载模块** ```bash sudo insmod mydriver.ko ``` 4. **测试驱动** 使用 `cat`, `dd`, `echo` 等命令测试设备功能。 5. **查看日志** ```bash dmesg | tail -n 20 ``` 6. **卸载模块** ```bash sudo rmmod mydriver ``` --- ## 五、常用驱动框架 | 驱动类型 | 示例 | 用途 | |----------|------|------| | **SPI 驱动** | `spidev` | 用于 SPI 总线设备 | | **I2C 驱动** | `i2c-dev` | 用于 I2C 总线设备 | | **USB 驱动** | `usbcore`, `cdc_acm` | 用于 USB 设备 | | **GPIO 驱动** | `gpio-generic` | 控制通用输入输出引脚 | | **PWM 驱动** | `pwm` | 控制脉宽调制信号 | --- ## 六、参考资料 - [Linux Device Drivers (LDD3)](https://www.makelinux.net/ldd3/) - [The Linux Kernel Module Programming Guide](https://tldp.org/LDP/lkmpg/2.6/html/index.html) - [Linux 内核源码](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/) - [设备树文档](https://www.kernel.org/doc/Documentation/devicetree/) --- 如果你有具体的设备或问题(比如 USB 驱动、GPIO 控制、I2C 通信等),欢迎告诉我,我可以提供更详细的指导。
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