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Linux-----驱动

news 来源：原创 2025/9/14 17:42:58

一、内核驱动与启动流程

1. Linux内核驱动

Nor Flash: 可线性访问，有专门的数据及地址总线（与内存访问方式相同）。
Nand Flash: 不可线性访问，访问需要控制逻辑（软件）。

2. Linux启动流程

ARM架构:
- IRAM (4KB): 内部RAM，用于存储初始引导程序。
- Nor Flash (2M): 存储u-boot程序。
- 内存 (64M): 用于加载内核和根文件系统。
- Nand Flash (256M): 存储内核、根文件系统等数据。
启动过程:
1. Bootloader (u-boot):
  - 初始化CPU、异常向量表、栈、时钟、内存等。
  - 关闭看门狗、中断、Cache、MMU。
  - 初始化相关硬件和软件协议。
  - 将内核加载到内存。
  - 向内核传递参数（根文件系统类型、位置、控制台等）。
  - 启动内核。
2. 内核 (kernel):
  - 文件管理、内存管理、进程管理、网络管理、设备管理。
  - 启动到最后阶段加载根文件系统。
  - init进程启动后台服务程序、加载配置、启动shell和应用程序。
3. 根文件系统 (rootfs):
  - 包含程序（应用、系统、命令）、配置文件、库文件、普通文件（txt、mp3）。

3. Windows与Linux对比

Windows: 使用BIOS启动。
Linux: 使用bootloader引导内核启动，内核加载rootfs。

4. 具体启动步骤

Nor Flash:
- 系统上电后，PC指向0地址，直接执行Nor Flash中的u-boot程序。
Nand Flash:
- 系统上电后，自动搬移u-boot前4KB程序到IRAM。
- CPU执行IRAM中的代码，u-boot初始化内存并将剩余代码搬移到内存执行。

5. 内核与文件系统

内核 (uImage):
- 启动前u-boot向内核传递参数（tag_list）。
- Nand Flash: u-boot直接读取Nand Flash中的uImage并写入内存的0x30008000地址处，启动内核。
- Ubuntu: 通过TFTP下载uImage到内存的0x30008000地址处，启动内核。
根文件系统 (rootfs):
- Nand Flash: uImage启动到最后阶段时，直接挂载Nand Flash中的rootfs。
- Ubuntu: uImage启动到最后阶段时，通过NFS挂载Ubuntu中的rootfs。

6. 前置步骤

向Nor Flash 0地址处烧写u-boot.bin。
拷贝uImage到Ubuntu的TFTP服务目录下。
将rootfs.tar.gz拷贝到Ubuntu的NFS服务目录下，并解压
```
sudo tar -xvf rootfs.tar.gz
```

7. U-Boot命令

环境变量管理:
- printenv: 打印环境变量。
- reset: 重启。
- setenv serverip 192.168.1.3: 设置环境变量。
- saveenv: 保存环境变量到Nand Flash。
- setenv serverip: 删除环境变量。
下载与启动:
- tftp 0x30008000 uImage: 通过TFTP协议下载uImage到内存的0x30008000地址处。
- bootm 0x30008000: 启动内存0x30008000地址处的内核。
- go 0x30008000: 运行内存0x30008000地址处的程序。

8. 设置启动参数

setenv bootargs console=ttySAC0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.3:/home/linux/nfs/rootfs ip=192.168.1.123 init=/linuxrc

console: 控制台（终端）。
root: 根文件系统类型。
nfsroot: 根文件系统位置。
ip: 内核阶段使用的IP。
init: 指定init进程。

二、内核编译

1. 内核编译步骤

Kconfig: 定义make menuconfig的配置选项。
make menuconfig: 内核配置。
.config: 配置文件，决定哪些文件被编译进内核。
- CONFIG_SSL = n: 不启用SSL。
- CONFIG_MM = y: 启用内存管理。
makefile: 条件编译，编译内核。

2. 内核镜像类型

Image: 可以直接使用的内核镜像。
zImage: 一段解压代码 + Image的压缩文件。
uImage: 64字节的头信息 + zImage。

3. 地址相关代码

地址相关代码: 链接地址和加载地址一致。
地址无关代码: 链接地址和加载地址无关。

4. 跳转指令

相对跳转、短跳转: b fun
绝对跳转、长跳转: ldr pc, 0x00000000

5. 内核目录结构

6. 向内核新增文件

以向drivers/char下添加demo.c为例：

在drivers/char目录下新建并编辑demo.c。
修改同层目录下的Makefile，添加：
makefile
```
obj-$(CONFIG_DEMO) += demo.o
```
修改同层目录下的Kconfig，添加一个DEMO的配置。
执行make menuconfig。
执行make uImage。

7. 内核编译命令

配置内核

cp config_mini2440_t35 .config
make menuconfig

编译内核
```
make uImage
```

8. 内核镜像说明

Image: 可直接使用的内核镜像。
zImage: 压缩的内核镜像，包含解压代码。
uImage: 带有64字节头信息的压缩内核镜像。

9. Makefile和Kconfig

每层目录都有Makefile和Kconfig文件，用于配置和编译内核。

10. 编译流程总结

配置内核: 使用make menuconfig选择内核配置选项。
编译内核: 使用make uImage生成内核镜像。
验证内核: 确保生成的内核镜像可以正常启动。

11. 注意事项

配置文件: .config文件决定了哪些模块被编译进内核。
条件编译: 使用obj-$(CONFIG_XXX)进行条件编译。
目录结构: 每层目录都有Makefile和Kconfig文件，确保编译过程正确。

三、驱动程序

1. 设备文件与驱动模块

设备文件: 用户空间程序通过设备文件与驱动程序交互。
- 示例: open("/dev/led");
驱动模块: 内核中的驱动程序负责控制硬件设备。
- 示例: sys_open(led)调用驱动模块。

2. 设备驱动类型

字符设备驱动: 数据按顺序访问，90%以上的设备使用字符设备驱动。
块设备驱动: 可以随机访问，主要用于存储设备。
网络设备驱动: 网卡，集成复杂协议，通过套接字通信，没有设备号，靠名字维护。

3. 设备号

设备号: 用于标识设备。
- 主设备号 (高12位): 区分设备类型。
- 次设备号 (低20位): 区分同类的不同设备。
示例: dev_t 是32位设备号。

4. 创建设备节点

使用mknod命令创建设备节点
```
mknod /dev/demo3 c 255 0
```
- /dev/demo3: 设备节点名。
- c: 字符设备。
- 255: 主设备号。
- 0: 次设备号。

5. 驱动模块结构

驱动模块: 包含open、read、write、ioctl、close等函数。
示例: drv_led、drv_key、drv_adc分别对应LED、按键、ADC设备。

6. 设备驱动流程

应用程序调用设备文件:
- open("/dev/led");
内核调用驱动模块:
- sys_open(led) → drv_led。
驱动模块控制硬件设备:
- drv_led控制LED设备。

7. 设备号与驱动模块关系

每个设备号对应一个驱动模块。
内核通过设备号找到对应的驱动模块。

8. 设备号结构

+--------+--------+----+-------+
| 8      | 8      | 2  | 14    |
+--------+--------+----+-------+
设备类型  命令编号  数据  参数大小
魔幻数           流向

设备类型 (魔幻数): 8位，标识设备类型。
命令编号: 8位，标识具体命令。
数据流向: 2位，标识数据方向。
参数大小: 14位，标识参数大小。

9. 设备驱动总结

字符设备: 顺序访问，适用于大多数设备。
块设备: 随机访问，适用于存储设备。
网络设备: 复杂协议，通过套接字通信。
设备号: 区分设备类型和具体设备。
驱动模块: 内核中的程序，负责控制硬件设备。

10. 关键命令

创建设备节点: mknod。
设备文件操作: open、read、write、ioctl、close。

11. 注意事项

设备号分配: 确保主设备号和次设备号唯一。
驱动模块编写: 需要实现open、read、write等函数。
设备文件操作: 应用程序通过设备文件与驱动模块交互。

Linux-----驱动

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一、内核驱动与启动流程

1. Linux内核驱动

2. Linux启动流程

3. Windows与Linux对比

4. 具体启动步骤

5. 内核与文件系统

6. 前置步骤

7. U-Boot命令

8. 设置启动参数

二、内核编译

1. 内核编译步骤

2. 内核镜像类型

3. 地址相关代码

4. 跳转指令

5. 内核目录结构

6. 向内核新增文件

7. 内核编译命令

8. 内核镜像说明

9. Makefile和Kconfig

10. 编译流程总结

11. 注意事项

三、驱动程序

1. 设备文件与驱动模块

2. 设备驱动类型

3. 设备号

4. 创建设备节点

5. 驱动模块结构

6. 设备驱动流程

7. 设备号与驱动模块关系

8. 设备号结构

9. 设备驱动总结

10. 关键命令

11. 注意事项

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