linux内核驱动学习（八）----驱动分类 | 学习方法 | 硬件访问

浏览数：22 / 时间：2015年06月20日

驱动分类：

对于驱动，我们一般按两种方法进行分类：常规分类法和总线分类法。

按照常规分类法，可以分为以下三类：

1、字符设备：

以字节为最小访问单位的设备。一般通过字符设备文件来访问字符设备驱动程序。字符驱动程序则负责驱动字符设备，，这样的驱动通常支持open、close、read、write系统调用，应用程序可以通过设备文件（比如/dev/ttySAC0等）来访问字符设备（串口）。例如：串口\led\按键

2、块设备：

以块（一般512字节）为最小传输单位的设备。大多数UNIX系统中，块设备不能按字节处理数据。常见的块设备包括硬盘、Flash、sd卡。

在Linux追踪则允许块设备传送任意数目的字节。

块设备的特别之处：

a）操作硬件的接口的实现方式不一样

块设备驱动程序是先将用户发来的数据组织成块，再写入设备；或从设备中读出若干块数据，再从中挑出用户需要的

b）数据块上的数据可以有一定的格式。

通常在快设备中按一定的格式存放数据，不同的文件系统类型就是定义这些格式的。内核中，文件系统的层次位于块设备驱动程序上面的，这意味着块设备驱动程序除了向用户层提供与字符设备一样的接口外，还要向内核其他部件提供一些接口，这些接口用户看不到，但是可以使用这些接口是的可以在块设备上存放文件系统，挂载块设备。

块设备与字符设备的区别仅仅在于驱动向内核提供的接口不一样，而向用户层提供的接口是一样的。

3、网络接口

即可以是一个硬件设备，如网卡；也可以是纯软件的设备。比如回环接口（lo）。一个网络接口负责发送和接收数据报文。

对于网络驱动程序并不同于字符设备和块设备，库、内核提供了一套和数据包传输相关的函数，而不是普通的系统调用（open\write）

按照总线分类法，也可分为以下三类：

1、USB 设备

2、PCI设备

3、平台总线设备

譬如USB无线网卡：按常规分类为网络接口，按总线分类：USB设备。

驱动学习方法：

我们知道Linux内核就是由各种驱动组成的，内核源码中大约85%都为驱动程序的代码。内核中实现的驱动程序种类齐全，我们可以在通类型驱动的基础上进行修改以符合具体的设备。

学习驱动更重要的是搞清楚现有驱动的框架，在这个框架上添加相应硬件。

对于硬件操作，可参考ARM裸机代码，将其移植到驱动框架中去。

还有一点就是在驱动学习初期最好不要过多去阅读内核代码，以免造成混乱。

硬件访问：

硬件访问的实质：驱动程序控制设备，主要是通过设备内的寄存器来达到控制的目的，因此我们讨论如何访问硬件，就成了如何访问这些寄存器了。

一、地址映射

裸机直接使用物理地址去操作寄存器；而在Linux系统中使用的为虚拟地址（无论内核程序还是应用程序）。则当操作寄存器时，需要完成物理地址到虚拟地址的映射。

地址映射又分为：

1.1动态映射：

在驱动程序中采用ioremap函数将物理地址映射为虚拟地址。

函数原型：void * ioremap(physaddr, size)

参数：physaddr：待映射的物理地址

size:映射的区域长度

返回值：映射后的虚拟地址

1.2静态映射：是指Linux系统根据用户事先指定的映射关系，在内核启动时，自动地将物理地址映射为虚拟地址。

映射的举例：IO内存的静态映射，linux系统在建立IO内存物理地址到虚拟地址的映射时，映射关系是怎么指定的呢？这就需要map_desc这个结构数组了，映射就是在这个结构数组中添加新成员来完成的。

即在静态映射中，用户是通过map_desc结构来指明物理地址与虚拟地址的映射关系。

文件Map.h中 (linux-ok6410\arch\arm\include\asm\mach)在静态映射中，用户是通过map_desc结构来指明物理地址与虚拟地址的映射关系。

struct map_desc {
unsigned long virtual; /* 映射后的虚拟地址 */
unsigned long pfn; /* 物理地址所在的页帧号 */
unsigned long length; /* 映射长度 */
unsigned int type; /* 映射的设备类型 */
};

pfn: 利用 __phys_to_pfn(物理地址)可以计算出物理地址所在的物理页帧号

对于6410处理器，关于该结构的填充如下：

Cpu.c (linux-ok6410\arch\arm\mach-s3c64xx)

/* minimal IO mapping */
static struct map_desc s3c_iodesc[] __initdata = {
	{
		.virtual	= (unsigned long)S3C_VA_SYS,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_SYSCON),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C_VA_MEM,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_SROM),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)(S3C_VA_UART + UART_OFFS),
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C_PA_UART),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)VA_VIC0,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_VIC0),
		.length		= SZ_16K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)VA_VIC1,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_VIC1),
		.length		= SZ_16K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C_VA_TIMER,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C_PA_TIMER),
		.length		= SZ_16K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C64XX_VA_GPIO,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_GPIO),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C64XX_VA_MODEM,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_MODEM),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C_VA_WATCHDOG,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_WATCHDOG),
		.length		= SZ_4K,
		.type		= MT_DEVICE,
	}, {
		.virtual	= (unsigned long)S3C_VA_USB_HSPHY,
		.pfn		= __phys_to_pfn(S3C64XX_PA_USB_HSPHY),
		.length		= SZ_1K,
		.type		= MT_DEVICE,
	},


};

内核启动时，在以下函数内完成自动映射

/* read cpu identification code */

void __init s3c64xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)
{
	unsigned long idcode;

	/* initialise the io descriptors we need for initialisation */
	iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc)); //建立映射
	iotable_init(mach_desc, size);

	idcode = __raw_readl(S3C_VA_SYS + 0x118);
	if (!idcode) {
		/* S3C6400 has the ID register in a different place,
		 * and needs a write before it can be read. */

		__raw_writel(0x0, S3C_VA_SYS + 0xA1C);
		idcode = __raw_readl(S3C_VA_SYS + 0xA1C);
	}

	s3c_init_cpu(idcode, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));
}

二、寄存器读写

完成地址映射后，就可以读写寄存器了，linux内核（3.0.1）提供了一系列函数，来读取寄存器

/* read cpu identification code */

void __init s3c64xx_init_io(struct map_desc *mach_desc, int size)
{
	unsigned long idcode;

	/* initialise the io descriptors we need for initialisation */
	iotable_init(s3c_iodesc, ARRAY_SIZE(s3c_iodesc)); //建立映射
	iotable_init(mach_desc, size);

	idcode = __raw_readl(S3C_VA_SYS + 0x118);
	if (!idcode) {
		/* S3C6400 has the ID register in a different place,
		 * and needs a write before it can be read. */

		__raw_writel(0x0, S3C_VA_SYS + 0xA1C);
		idcode = __raw_readl(S3C_VA_SYS + 0xA1C);
	}

	s3c_init_cpu(idcode, cpu_ids, ARRAY_SIZE(cpu_ids));
}