《精通Linux设备驱动程序开发》——基本概念

一、设备和驱动程序介绍

 1、PC兼容的系统的硬件框图

   1）、系统支持各种各样的设备和接口。

 2、嵌入式系统的硬件框图

   1）、访问外围设备的能力是系统性能的关键，设备驱动程序则是决定了访问外围设备的能力。

二、中断处理

 1、中断上下文

   1）、设备往往通过某种硬件信号异步地唤起处理器的注意，这些硬件中断就是中断。每个设备都被分配了一个相关的标识符——称之为中断请求（IRQ）。当处理器检测到

             某一IRQ号对应的中断产生时，它将停止现在的工作，并启动该IRQ所对应的中断服务例程（ISR）。中断处理函数在中断上下文中执行。

            I、ISR是直接与硬件交互的非常重要代码片段。

            II、为了对粗暴打断当前执行例程的行为进行补偿，ISR不得不礼貌运行于受限制的环境下，即所谓的中断上下文。

   2）、中断上下文注意事项

         I、中断上下文打的吗绝不可以停止执行。

         II、为了在中断处理函数中保护临界区，不能使用互斥体，应该使用自旋锁，但应注意，只有在不得不用的时候才采用。

         III、中断处理函数不能与用户空间直接交互数据，因为它们经由进程上下文与用户空间建立连接。

         IV、中断处理函数将工作分为两部分。顶半步设一个标志以宣称它已经服务了该中断，而重大的工作负载则都丢给了底半部。底半部额执行被延后，在其执行环境中，所有

                的中断都是使能的。

         V、中断处理函数不必恃可重用的。

         VI、   中断处理函数可以被更高优先级IRQ的中断处理函数打断。

   3）、同步中断——意味中断不会不期而遇；它们由处理器本身执行某指令产生。

   4）、外部中断和同步中断用相同的确认机制处理。

 2、分配IRQ号

   1）、设备驱动程序必须将它们的IRQ号与一个中断处理函数链接。IRQ额分配可以很直接，也可能需要复杂的探测过程。

   2）、/proc/interrupts文件中有系统中活动的IRQ的列表。

 3、设备实例：导航杆

   1）、驱动程序必须首先请求IRQ并将一个中断处理函数与其绑定。（P65代码）

         I、代码中没有查询和探测IRQ号，二十直接硬编码为ROLLER_IRQ。

         II、参数roller_interrupt()是中断处理函数。中断处理函数的原型返回值类型为irqreturn_t。如果处理成功，返回IRQ_HANDLED，否则，返回IRQ_NONE。

         III、IRQF_DISABLED标志意味着这个中断处理函数为块中断。因此，调用此中断时，内核将禁止所有中断。IRQF_TRIGGER_RISING暗示导航杆将在中断上产生一个上

                升沿以发出中断。IRQF_TRIGGER_HIGE和IRQF_TRIGGER_LOW可以标识一个中断尾高或底电平触发。该参数其他可能值包括IRQF_SAMPLE_RANDOM和

                IRQF_SHARED。

         IV、参数‘roll’用于标识这个设备，标识数据由/proc/interrupts等文件产生。

         V、最后一个参数仅在共享中断的时候使用，用于区分共享同一IRQ线的每个设备。

   2）、导航杆中断函数（代码清单4-1）

 4、softirq和tasklet

   1）、softirq是一种基本的底半部机制，有较强的加锁需求。tasklet建立在softirq之上，使用起来更简单，除非有严格的可扩展性和速度要求，都建议使用tasklet。softirq和

             tasklet的主要不同是前者是可重用的，二后者不是。softirq的不同实例可运行在不同的处理器上，而tasklet则不允许。

   2）、使用softirq分担中断处理函数的负载（代码清单4-2）

   3）、使用tasklet分担中断处理函数的负载（代码清单4-2）

   4）、softirq、tasklet和工作队列对比（P71  表4-1）

三、Linux设备模型

 1、udev

   1）、udev的工作取项：

        I、内核中的sysfs支持。

        II、一套用户空间守护程序和实用工具。

        III、用户自定义规则，位于/etc/udev/rules.d目录中。

   2）、udev实例

        I、首先，从sysfs相应文件中提取产品信息。使用udevinfo可收集设备信息。

        II、接下来，使用收集到的产品信息标识设备并且添加udev命名规则。

 2、sysfs、kobject和设备类

   1）、内核的结构化设备模型在用户空间称为sysfs。

        I、位于内存的文件系统中，而且包含内核数据结构的信息，其特定的对应于设备模型。

   2）、kobject封装了一些公用的对象属性。

        I、kobject主要字段：

        kref对象，用于引用计数管理。

        kset的指针，表征kobject归属的对象集。

        kobj  type，用于描述kobject的对象类型。

   3）、设备类概念是设备模型的另一个特点，在驱动程序中，更有可能用到此接口。

        I、类编程接口建立在kobject和sysfs上。它是深入理解设备模型中各种组件进行端到端交换的很好的着入点。

   4）、设备模型相关组件的联系

   5）、总线-设备-驱动程序编程接口也是设备模型部分另一个抽象。bus_type、device、device_driver这三个接口分别是与总线、设备和驱动程序相对应的主要数据接口。

 3、热插拔和冷插拔

   1）、在运行过程中往系统中插入设备称为热插拔，而在系统启动前就连接设备则称冷插拔。

 4、微码下载

   1）、一些设备在运行前，必须下载微码。微码会在片上的微控制器中执行，。

   2）、应该在用户空间维护微码，并在内核需要的时候将其载入。

 5、模块自动加载

四、内存屏障

五、电源管理