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第一天 Linux驱动程序简介

news 来源：原创 2025/7/14 23:12:55

一、驱动的作用

二、裸机驱动 VS linux驱动

1、裸机驱动

2、linux驱动

三、linux驱动位于哪里？

四、应用编程 VS 内核编程

1、共同点

2、不同点

五、linux驱动分类

1、字符设备

2、块设备

3、网络设备

六、Linux驱动学习难点与误区

1、学习难点

2、学习误区

一、驱动的作用

相信学过os的同学，对上面的图应该不陌生，操作系统位于应用层和硬件之间，向下管理着各种硬件资源，向上屏蔽硬件细节，提供统一操作接口。当应用层需要操作硬件时，通过各种系统调用向操作系统发出请求，操作系统根据传入的参数，找到对应硬件的驱动，驱动再根据需求，操作硬件，完成请求。

二、裸机驱动 VS linux驱动

下面以最简单的“点灯”实验，来看裸机驱动和linux驱动的差别：

硬件电路图如下：

当GPIO输出高电平时，LED灯亮

当GPIO输出低电平时，LED灯灭

1、裸机驱动

应用层：在while循环里，调用gpio_init()对gpio做初始化，调用Led_on()/Led_off()来控制LED亮灭

驱动层：需要用到两个moudle：gpio和Led，其中gpio提供gpio操作函数集，如gpio_init()，gpio_output()等等，Led则提供led_init(),led_on()和led_off() ，led_on()调用gpio_ouput(1)，让GPIO输出高电平，从而点亮led，同理，led_off()调用gpio_ouput(0)，让GPIO输出低电平，从而熄灭led

2、linux驱动

首先linux驱动都是以module的形式来写的，其次Led属于字符设备，所以需要注册一个字符设备，要向linux内核注册一个字符设备，需要满足三要素：分配设备号，实现file_operation操作集，动态分配并add一个cdev。操作gpio的操作可以包含在file_operation操作集里write函数中

你可能会疑惑：为什么linux驱动要这么复杂呢？其实一切都是为了实现“一切皆文件”的思想，这样操作硬件就可以像操作文本文件一样简单啦

三、linux驱动位于哪里？

来一张linux系统全景图：

为了提升系统的安全性，操作系统利用处理器的特权模式，将进程的地址空间分成了两部分：用户空间和内核空间，从上图可以看出，驱动位于内核空间，所以驱动开发属于内核编程范畴。

四、应用编程 VS 内核编程

1、共同点

1）无论应用编程，还是内核编程，都是编程，编程就是写程序，而程序 = 数据结构 + 算法，所以常用数据结构和算法是编程的基石！

2）熟悉相应的API及其用法，应用编程需要和内核交互，比如在linux系统中操作文件，首先要open文件，open函数需要两个参数，一个是路径，一个是flag。linux驱动同样需要与linux内核交互，比如创建一个字符设备需要先分配cdev结构体，再cdev_init，最后cdev_add

2、不同点

1）应用程序执行任务，从开始到结束，内核模块将自己注册到内核中，在module_init中做些初始化操作后，等待被调用

2）并非所有应用程序都是事件驱动类型，但所有内核模块都是事件驱动类型

3）应用程序可以选择偷懒不去释放资源，由OS来统一回收，内核模块卸载函数需要做init里相反的操作，否则资源一直被占用，直到系统重启

4）应用程序可以使用C库，但内核模块只能使用内核export出来的符号表

5）处理错误的方式不同：应用程序一般会出现段错误，可以使用gdb直接调试，内核模块可能会使系统panic，或者重启

五、linux驱动分类

根据设备操作的特点，分为字符设备驱动，块设备驱动和网络设备驱动

1、字符设备

字节流
一般顺序访问
存在特殊的字符设备，允许lseek，mmap等操作

2、块设备

以块大小（512 byte）进行传输
任意顺序访问
可以安装文件系统

3、网络设备

使用套接字，处理网络事务

工作中遇到绝大多数的设备为字符设备，比如串口，LCD，触摸屏，platform设备等等都是字符设备。

六、Linux驱动学习难点与误区

1、学习难点

1）linux驱动开发属于内核编程，需要经常与内核其他子系统交互，因此需要熟悉linux内核

2）linux驱动需要处理并发，尤其如今已属于SMP的天下

3）linux驱动的鲁棒性要求高，否则会导致kernel panic

2、学习误区

1）没有硬件知识，看不懂原理图，就不能做驱动开发

解释：并非所有驱动都依赖对原理图的理解，在实际工作中，驱动分为外设驱动和bsp驱动，其中bsp驱动，如pinctrl驱动，gpio驱动，clk驱动，regulator驱动，这些只依赖Soc的设计，和原理图无关。

2）没有开发板，就没法学习linux驱动

解释：如果要开发的驱动不涉及具体硬件，优先选择qemu环境进行驱动开发

3）看书和看培训视频就行，不需要自己动手

解释：20%理论 + 80%实践，多动手，多实践，方能事半功倍！！

4）抱着经典书狂啃就够了

解释：其实最好的学习资料是源代码，经典书虽然经典，但其中内容早已过时，阅读经典书重要的是把握其中的设计思想，阅读最新的linux内核源代码才知晓具体实现细节

参考资料：《LDD3》

《linux设备驱动开发详解，基于4.0内核》

第一天 Linux驱动程序简介

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