设计和编写设备驱动的一般方法

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Linux设备驱动的设计一般可以遵循以下几个步骤。

一、datasheet和原理图

阅读和深刻理解设备芯片的datasheet对第一个步骤里面最重要的组成部分，设备驱动就是datasheet的最直观表达，只有在深刻理解的datasheet的基础之上，才有可能设计和开发出优秀的设备驱动。另外，在一定程度上，datasheet是你做驱动软件的需求文档。你做软件总该有个需求吧，那么这里谈到的datasheet就是驱动软件的最好的、最清楚的需求分析。所以，在没有理解datasheet之前就着手做驱动，那结果是可想而知的。

二、搭建起设备驱动的框架

理解了datasheet之后，先不要急着去编写代码，你首先应该做的就是给你将要写的驱动程序设计一个框架。那么这里的框架应该依据什么搭建呢？具体怎么搭建呢？

一般的，从USB驱动到I2C驱动，从SPI驱动到串口驱动，从PCI驱动到DMA驱动，等等，不管是什么类型的驱动，它总有一种或者几种基本固定的套路供你选择。如果你打算写一个touch驱动，而这个touch挂接在I2C上，那么你就依据I2C设备编写的一一种固定套路先搭建框架。具体如何搭建，这里就给出I2C设备驱动编写的一种固定套路给大家。

1、创建一个i2c_driver

static struct i2c_driver XXXX_driver = {

    .driver = {

    .name= "XXXX"，

    }，

    .probe = XXXX_probe， /* 当存在i2c_client和i2c_driver匹配时调用 */

    .remove = XXXX_remove，

    .id_table = XXXX_id，/* 匹配规则 */

};
2、注册i2c_driver

static int __init XXXX_init（void）

{

    return i2c_add_driver（&XXXX_driver）;

}

module_init（XXXX_init）;

注册i2c_driver的过程，实际上是将driver注册到i2c_bus_type的总线上。此总线的匹配规则是：

static const struct i2c_device_id *i2c_match_id（const struct i2c_device_id *id，

                 const struct i2c_client *client）

{

                while （id->name[0]） {

                        if （strcmp（client->name， id->name） == 0）

                                return id;

                        id++;

                }

                return NULL;

}
上面代码实际上是利用i2c_client的名称和id_table中的名称做匹配的。这里的id_table为：

static const struct i2c_device_id XXXX_id[] = {

                { "XXXX346"， 8， }，

                { "XXXX353"， 16， }，

                { "XXXX388"， 8， }，

                { "XXXX399"， 16， }，

                { "XXXX542"， 8， }，

                { "XXXX551"， 16， }，

                { "XXXX572"， 8， }，

                { }

        };

3 、注册i2c_board_info

对于Probe方法，都要在平台代码中要完成i2c_board_info的注册。办法如下：

static struct i2c_board_info __initdata tmp_i2c_devices[] = {

{

        I2C_BOARD_INFO（"XXXX9555"， 0x27），//XXXX9555为芯片名称，0x27为芯片地址

        .platform_data = &XXXX9555_data，

}，

{

        I2C_BOARD_INFO（"mt9v022"， 0x48），

        .platform_data = &iclink[0]， /* With extender */

}，

{

        I2C_BOARD_INFO（"mt9m001"， 0x5d），

        .platform_data = &iclink[0]， /* With extender */

}，

};
i2c_register_board_info（0，tmp_i2c_devices，

ARRAY_SIZE（tmp_i2c_devices））;  /* 注册 */

i2c_client是在注册过程中创建的。

4 、调用i2c适配器来完成数据传输

int （*master_xfer）（struct i2c_adapter *adap，struct i2c_msg *msgs，int num）;

master_xfer要通过调用i2c_transfer来完成传输。

int i2c_transfer（struct i2c_adapter * adap， struct i2c_msg *msgs， int num）;

5 、 字符驱动注册

I2C设备驱动的Probe方法，字符驱动的添加位置在XXXX_probe中。

static int __devinit XXXX_probe（struct i2c_client *client，const struct i2c_device_id *id）

{

      /* … 省略 …*/

if（XXXX_major）{
                                         Result = register_chrdev_region（XXXX_dev，1，"XXXX"）;

                                 } else {

                                         result = alloc_chrdev_region（&XXXX_dev，0，1，"XXXX"）;

                                         XXXX_major=MAJOR（XXXX_dev）;

                                 }

                                 if （result < 0） {

                                        printk（KERN_NOTICE "Unable to get XXXX region， error ％d\n"， result）;

                                        return result;

                                 }

                                        XXXX_setup_cdev（chip，0）;   /* 注册字符设备, 具体的请google一下 */                      

                                /* … 省略 …*/

}

6 、字符设备驱动的构建

struct file_operations XXXX_fops = {

                .owner = THIS_MODULE，

                .ioctl = XXXX_ioctl，

                .open = XXXX_open，

                .release = XXXX_release，

        };

7 、删除i2c_driver

static void __exit XXXX_exit（void）

{

                i2c_del_driver（&XXXX_driver）;

}

module_exit（XXXX_exit）;

8 、 删除字符设备驱动

static int __devinit XXXX_remove （struct i2c_client *client）

{

/*…省略…*/

}

// 注：总之，你要编写什么类型的驱动，首先根据实际情况搭建好框架。

三、填充框架

搭建好设备驱动程序的框架之后，你应该做的就是根据实际情况往框架里面填充内容了。填充内容可以分为两个层次的填充，分别是：

1、和上层应用打交道的内容

主要包括：

1)  基于devfs实现文件操作结构体（file_operations）中的函数，目的是给上层提供系统调用（system call）

2)  通过procfs或者sysfs给上层应用提供不同种类的接口

3)  向虚拟文件系统（VFS）注册或者注销（添加或者删除）设备驱动，等等。

2、和主控以及设备芯片打交道的内容

1)  依据主控、设备芯片的datasheet以及开发板原理图，做以下填充：

2)  定义设备驱动的头文件

3)  填充系统调用中和设备芯片直接打交道的部分

4)  编写设备驱动程序电源管理模块

5)  配置好I/O口的功能，等等。

 四、开始设备驱动的调试

一般的，设备驱动的调试都会经历如下几个步骤：

1、把设备驱动的代码添加进kernel （注意：不同的方案提供商给出的添加方法是不同的）。传统架构的话，就很简单了，一般都会涉及到以下几步：

(1)新建设备驱动目录  ； (2)添加头文件  ；(3)创建当前目录的Makefile

(4)创建上层目录的Makefile  ；(5)在上层目录添加Kconfig选项  ；  (6)在板文件添加对应项。   

(7)如果不想每次都用menuconfig配置，就在kernel/arch/arm/configs/XXX_defconfig里面添加编译项

2、使得添加进去的设备驱动可以编译通过

设备驱动添加进来之后，一般的，都需要你添加、删除、修改一些内容，才能保证其编译通过。如果是调试，这里可能改动不大，因为
驱动文件一般是由芯片原厂提供的，他们已经修改的基本可以编译通过了。但如果是移植，在这里花费的精力一般是比较大的，这会在
后文中的附加说明里面提及到。

3、检查设备驱动是否正常初始化

进行到这一步，你需要检查设备驱动是否可以顺利初始化，这个很简单，你只需要在设备驱动的probe函数或者init函数里面添加一条打

印信息即可在串口观察是否有打印，如果没有打印，说明驱动根本就没有得到初始化。此时，你应该做两件事情：

(1)首先，确定你的板子以及贴了你要调试的设备驱动所对应的芯片。

(2)其次，如果芯片确实贴上了，马上检查设备驱动的添加是否有什么问题，是否是板文件没有修改好，是否驱动本身就没有注册好等等。

4、检查应用程序是否可以正常使用

     如果驱动得到了正常的初始化，这时候你开始检查该设备驱动对应的应用程序是否可以正常使用。如果可以正常使用，那你太幸运了，这说明芯片
原厂为你考虑的很周到，你可以节省N多时间干别的事儿了。但遗憾的是，往往事情不会这么顺利，当你检查应用程序的时候，你发现应用程序没
有做出应有的反应。

5、设备驱动的“调”和“试”

     所谓“调”，就是你依据芯片datasheet和观察与测量的结果，不断地对设备驱动 code进行添加、删除和修改。所谓“试”，就是你在添加、删除和
修改的同时要不断地通过串口对反馈信息进行观察，通过万用表对各电源引脚电压进行测量，通过示波器对芯片的时钟（输入的和输出的）频率、数
据信号的波形、某种总线信号的波形，等各个引脚进行测量（当然这里测量的参考标准是芯片的datasheet了）。这里应该养成一个好习惯，那就是
在测量各个引脚的同时，你最好创建一份excel表格，把各个引脚的电压、波形等情况记录下来，目的是在N多次修改之间作比较，也更有备忘的作用。

    这里的“调”和“试”的过程是最耗时的，也是设备驱动调试的最关键的步骤，所以你应该非常有耐心的走好这一步。还应该注意的是，设备驱动的
调试不光是你一个人的事情，有时候你闷头苦干一个星期都不一定能搞定。所以，进行调试的同时，必须有一个硬件工程师配合你，因为驱动不能正常
运行也很有可能是硬件的设计纰漏导致的。此外，不要闭门造车，毕竟你在一个大的开发团队里面，你需要及时和同事进行有效的交流，避免走弯路。
最后，如果还是存在问题，你就得邀请芯片原厂的FAE过来喽。

6、自己对设备驱动的测试

测试不光是测试员的事情，你必须保证自己调试的驱动可以运行稳定才可以提交代码，发给测试员进行大量测试。测试自己调试的设备驱动有以下几种：

(1)利用系统里面现有的应用程序进行测试；这个是最直接的测试，也省去了你自己编写测试程序的时间。

(2)自己编写linux应用程序来测试驱动；如果你对系统现有的应用程序不放心，或者不满意，就自己编写测试驱动吧。

(3)利用proc或者sys文件系统的读和写函数

如果你在设备驱动里面添加了proc或者sys文件系统的读和写函数，你就可以在命令行通过cat或者echo命令来对设备驱动的各项参数进行手动测试。