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盾京娄
5 years ago
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1 嵌入式开发之 linux 驱动开发入门易老师, 深圳中心华清远见全国免费咨询电话 : 深圳中心咨询电话 :

2 Topics... 1.LINUX 驱动干什么用的? 2. 现在企业需要什么底层驱动人才? 3. 如何成为嵌入式底层人才? 4.LINUX 驱动和单片机开发有何异同 5.LINUX 设备驱动的架构分析 6.LCD 的硬件原理分析 7.LCD 的帧缓冲框架分析 8.LCD 的应用编程方法 9.LCD 框架实现 10..LINUX 的平台设备机制分析 11.Linux 设备驱动之 LCD 驱动开发实例分析 12.LINUX 设备驱动开发入门总结 13. 华清对驱动课程设置

3 1.LINUX 驱动作用 LINUX 组成结构图 1. 管理和操作硬件 2 为上层应用操作各种硬件提供统的 2. 为上层应用操作各种硬件提供统一的 " 武器 "( 调用接口 )

4 2. 企业对底层驱动人才的基本需求 1. 熟悉 C 语言, 有良好的代码习惯 2. 熟悉 Linux 设备驱动软件架构 3. 熟悉 XXX 驱动 ( 或有 XXX 驱动开发经验 ) 4. 有 XXXXX 等开发经验者优先考虑 5. 具有强烈的责任心, 良好的沟通能力及团队合作精神 6. 有 X 年以上驱动开发经验

5 3. 如何成为嵌入式底层人才方式 1: 参与企业项目开发方式 2: 集中培训学习 1. 通过集中培训系统掌握 LINUX 驱动框架 2. 通过培训中的实战项目培养动手能力, 并加深对驱动框架原理性理解 3. 积累硬件工作原理和调试经验 4. 平时多总结揣摩提炼

6 4. 单片机开发和 LINUX 驱动开发的异同 LED 硬件连接与控制

7 4. 单片机开发和 LINUX 驱动开发的异同 (cont.) 编程思路 : GPG3(0-3) 控制 LED 亮灭当各位输出高电平时 LED 形成通路, 此时 LED 亮, 反之灭对 GPG3CON 进行操作, 将该 4 位设成输出位对 GPG3DAT 进行移位写值操作, 控制各 LED 亮灭

4. 单片机开发和 LINUX 驱动开发的异同 (cont.) boot.s // 系统引导代码 [ 汇编 ] 略 // 跳转到 C 代码 bl main Led_loop.

$*)0xE03001C4) #define MY_DELAY 0x18000 int main(void) { GPG3CON & = 0xffff; GPG3CON = 0x1111; unsigned int i; for ($ MY_DELAY; i++); GPG3DAT &=~(1<<0); GPG3DAT = (1<<1); for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT = (1<<2); GPG3DAT

MY_DELAY; i++); GPG3DAT &=~(1<<0); GPG3DAT = (1<<1); for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT = (1<<2); GPG3DAT

8 4. 单片机开发和 LINUX 驱动开发的异同 (cont.) boot.s // 系统引导代码 [ 汇编 ] 略 // 跳转到 C 代码 bl main Led_loop.c C 点 LED 灯 ( 跑马灯 ) #define GPG3CON (*(volatile unsigned int *)0xE03001C0) #define GPG3DAT (*(volatile unsigned int *)0xE03001C4) #define MY_DELAY 0x18000 int main(void) { GPG3CON & = 0xffff; GPG3CON = 0x1111; unsigned int i; for ( i = 0; i < MY_DELAY*10; i++); GPG3DAT = 0x0; //clear all LEDS while (1) { GPG3DAT =(1<<0); for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT &=~(1<<0); GPG3DAT = (1<<1); for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT = (1<<2); GPG3DAT &=~(1<<1); 1) for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT = (1<<3); GPG3DAT &=~(1<<2); for ( i = 0; i < MY_DELAY; i++); GPG3DAT &=~0x0; //clear all LEDS } return 0; }

$) // 应用层 dev_ fd = open( /dev/leds, eds, ); while(1) { ioctl(dev _ fd,led _ ON,0); // 点灯 sleep(1); // 延迟 ioctl(dev_fd,led_off,0); // 灭灯 sleep(1); // 延迟$ $} close(dev_fd); Linux 点灯注册 LED 字符设备和 LED 操作函数 register_chrdev(major, "led", &led_fops); // 关键结构 static struct file_operations leds_remap_ops = {.$

9 // 驱动 4. 单片机开发和 LINUX 驱动开发的异同 (cont.) // 应用层 dev_ fd = open( /dev/leds, eds, ); while(1) { ioctl(dev _ fd,led _ ON,0); // 点灯 sleep(1); // 延迟 ioctl(dev_fd,led_off,0); // 灭灯 sleep(1); // 延迟 } close(dev_fd); Linux 点灯注册 LED 字符设备和 LED 操作函数 register_chrdev(major, "led", &led_fops); // 关键结构 static struct file_operations leds_remap_ops = {.owner = THIS_MODULE,.open = leds_open, //open.release = leds_release,.ioctl = leds_ioctl, }; /// 点灯实现 static int leds_ioctl(, unsigned int cmd, ) { switch ( cmd ) { case LED_ON: { led_on(); // 具体硬件操作 break; } case LED_OFF: { led_off(); // 具体硬件操作 } // } return 0; } break;

10 4.LINUX 驱动开发入门小结 LINUX 的语录 : 1.linux 驱动为应用操作硬件提供统一的接口 2.LINUX 系统中把任务一分为二, 应用制定策略, 驱动实现机制 -- 选自 StephenYee, farsight Inc. 让我们理解一下 : a. 应用制定策略 --- 要做什么 --- 想法问题驱动实现机制 ---- 能做什么 --- 能力问题 b. 军官与士兵的关系应用 ---- 军官驱动 ---- 士兵

11 5.LINUX 驱动框架分析嵌入式 LINUX 内核组成结构图 LINUX 驱动在内核中的位置和分类 1. 是内核中的一部分 2. 分为三类设备字符设备块设备网络设备

12 5.LINUX 驱动框架分析 (cont) LINUX 设备分类 ---LINUX 三类设备实例字符设备块设备网络设备 Linux 内核中 : 用 C 语言实现的面向对象编程

13 5.LINUX 驱动框架分析 (Cont.) Linux 内核中 : 用 C 语言实现的面向对象编程字符设备的 file_operations struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char user *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char user *, size_t, loff_t *); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); }; 13

14 5.LINUX 驱动框架分析 (Cont.) Linux 内核中 : 用 C 语言实现的面向对象编程块设备的 block_device_operations struct block_device_operations { int (*open) (struct block_device *, fmode_t); // 打开 int (*release) (struct gendisk *, fmode_t); // 释放 int (*ioctl) (struct block_device *, fmode_t, unsigned, unsigned long);//ioctl 命令控制 int (*media_changed) d) (struct gendisk *); // 介质是否发生改变 int (*revalidate_disk) (struct gendisk *);// 重新使能磁盘有效 int (*getgeo)(struct block_device *, struct hd_geometry *);// 获取磁盘几何信息 struct module *owner; }; 14

15 5.LINUX 驱动框架分析 (Cont.) Linux 内核中 : 用 C 语言实现的面向对象编程网络设备的 net_device struct net_device { char name[ifnamsiz]; unsigned long mem_end;/* shared mem end */ unsigned long mem_start;/* shared mem start */ unsigned long base_addr;/* device I/O address */ unsigned int irq; /* device IRQ number */ struct net_device_stats stats; const struct net_device_ops *netdev_ops; unsigned char *dev_addr;/* hw address */...// 此处省略 350 行... }; 15

16 6.6.LCD 硬件原理分析 (cont.) 按显示设备所用的显示器件分类, 有阴极射线管 (CRT) 显示器液晶显示器 (LCD) 等离子显示器等按所显示的信息内容分类, 有字符显示器图形显示器图像显示器三大类分辨率 : 是指显示器所能表示的像素个数如 1024*768,800*600 等灰度级 : 是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别, 在彩色显示器中则表现为颜色的不同

17 帧缓冲 (Framebuffer) 显示技术帧缓冲 (framebuffer) ff ) 提供给图形应用程序一个定义良好的接口, 隐藏了底层硬件的细节图形应用程序无需了解硬件寄存器, 时序等信息

18 6. 帧缓冲 (Framebuffer) 显示技术 (cont.) Framebuffer 支持 5 种颜色显示方式 : 单色 (Monochrome) 伪彩色 (Pseudo color) 真彩色 (True color) 直接彩色 (Direct color) 灰度 (Grayscale y displays)

19 6. 帧缓冲 (Framebuffer) 显示技术 (cont.) Video Mode timings

20 6. 帧缓冲 (Framebuffer) 显示技术 (cont.) FS210-LCD 时序

21 7.LCD 的应用编程方法 Framebuffer 为应用程序提供了良好的接口 ; Framebuffer 驱动程序可以作为普通 memory 类型的设备, 用户可以直接读写设备的内容 ; 比如 cp /dev/fb0 screenshot, 即是把 fb0 的内容拷贝到截图文件中 0 = /dev/fb0 /fb First frame buffer 1 = /dev/fb1 Second frame buffer = /dev/fb31 32nd frame buffer

22 7.LCD 的应用编程方法 (Cont.) Framebuffer 驱动程序实现上, 类似于 /dev/mem 设备 ; 它支持 read,write,seek 和 mmap mmap 是使用 Framebuffer 的主要方式 ; Framebuffer 使用显示设备中的帧内存, 区别于 /dev/mem 设备使用这个主内存 ; 另外 Framebuffer 支持一些特定的 ioctl, 主要用来获得设备信息和设置设备参数比如我们访问调色板就是通过 ioctl 方法实现

23 8.LCD 的帧缓冲框架分析在内核中, 帧缓冲设备可以工作于模块中, 允许动态加载这类驱动必须调用 register_framebuffer 在系统中注册 ; Framebuffer 只是一个提供显示内存和显示芯片寄存器从物理内存映射到进程地址空间中的设备 ; 对于应用程序而言, 如果希望在 FrameBuffer 之上进行图形编程, 还需要自己动手完成其他许多工作

24 8.LCD 的帧缓冲框架分析 (Cont.) 在应用程序中, 操作帧缓冲设备 (/dev/fb) 的一般步骤如下 : 打开 /dev/fb/fb 设备文件用 ioctl 操作取得当前显示屏幕的参数将屏幕缓冲区映射到用户空间映射后就可以直接读写屏幕缓冲区, 进行绘图和图片显示了

25 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_fix_screeninfo fb_var_screeninfo f fb_ cmap fb_info fb_ops

26 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_fix_screeninfo fix 结构 (1) struct fb_fix_screeninfo { unsigned longsmem_start; u32 smem_len; u32 type; u32 visual; }; 该结构用来描述设备无关, 不可变更的信息用户可以使用 FBIOGET_FSCREENINFO 命令来获得这些信息

27 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_fix_screeninfo fix 结构 (2) 结构包含主要的项 unsigned long smem_start; start; 描述缓冲区起始地址 ( 物理地址 ) u32 smem_len; 描述缓冲区长度 u32 type; 描述 fb 类型, 比如 TFT 或 STN 类型 u32 visual; 描述显示颜色是真彩色, 伪彩色还是单色

$) fb_var_screeninfo 结构 (1) struct fb_var_screeninfo{ u32 xres;$ u32 yres; u32 xres_virtual; u32 yres_virtual; u32 xoffset; u32

28 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_var_screeninfo 结构 (1) struct fb_var_screeninfo{ u32 xres; u32 yres; u32 xres_virtual; u32 yres_virtual; u32 xoffset; u32 yoffset; } 该结构描述设备无关的, 可更改的配置信息应用程序可以使用 FBIOGET_VSCREENINFO 命令获得这些信息, 使用 FBIOPUT_VSCREENINFO 命令写入这些信息

29 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_var_screeninfo 结构 (2) 主要的数据项包含 u32 xres; // 可见分辨率 u32 yres; u32 xres_virtual; // 虚拟分辨率 u32 yres_virtual; u32 xoffset; // 从虚拟到可见分辨率的偏移 u32 yoffset; 以及屏幕四周的 margin, 像素时钟, 同步等时序信息

30 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_cmap 结构 (1) struct fb_cmap { u32 start; u32 len; u16 *red; u16 *green; u16 *blue; u16 *transp; }; 设备无关的调色板结构用来描述调色板中的颜色

31 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_cmap 结构 (2) 主要数据项包括 u32 start; 描述调色板起始位置 u32 len; 描述总共颜色数 u16 *red; 红色的值 u16 *green; 绿色 u16 *blue; 蓝色 u16 *transp; 透明度

32 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_info 结构 (1) struct fb_info{ struct fb_var_screeninfo var; struct fb_fix_screeninfo fix; struct fb_monspecs monspecs; struct fb_cmap cmap; struct fb_ops *fbops; } fb_info 结构是 Linux 为帧缓冲设备定义的驱动层接口, 用于用户在内核空间的调用它不仅包含了底层函数, 而且还有记录设备状态的数据每个帧缓冲设备都有一个 fb_info 结构相对应

33 9.LCD 框架实现 - 关键数据结构 (Cont.) fb_info 结构 (2) 主要数据项包括 struct fb_var_screeninfo f var; 描述当前的可变参数 struct fb_fix_screeninfo fix; 描述当前的固定参数 struct fb_monspecs monspecs; 描述当前显示器的特有固定信息 struct fb_cmap cmap; 描述当前颜色映射表 struct fb_ops *fbops; 指向驱动设备工作所需的函数集,fb_ops 用户应用可以使用 ioctl() 系统调用来操作设备

34 10.Linux 平台设备机制分析 bus( 总线 ) 系统中总线由 struct bus_type 描述, 定义为 : struct bus_type { }; char * name; 总线类型的名称 struct subsystem subsys; 与该总线相关的 subsystem struct kset drivers; 所有与该总线相关的驱动程序集合 struct kset devices; 所有挂接在该总线上的设备集合 struct bus attribute * bus_attrs; 总线属性 struct device attribute * dev_attrs; 设备属性 struct driver attribute * drv_attrs; 驱动程序属性 int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv); int (*hotplug) (struct device *dev, char **envp, int num_envp, buffer_size); int (*suspend)(struct device * dev, u32 state); int (*resume)(struct device * dev); char *buffer, int

35 10.Linux 平台设备机制分析 (Cont.) device( 设备 ) 系统中的任一设备在设备模型中都由一个 device 对象描述, 其对应的数据结构 struct device 定义为 : struct device { struct list_head g_list; struct list_head node; struct list_head bus_list;// 将连接到相同总线上的设备组织成链表 struct list_head driver_list; // 将同一驱动程序管理的所有设备组织为链表 struct list_head children; struct device *parent; struct kobject kobj;// 用于引用计数管理并通过它实现设备层次结构 char bus_id[bus_id_size]; struct bus_type *bus;// 域描述设备所连接的总线类型 struct device_driver *driver;// 指向管理该设备的驱动程序对象 void *driver_data; /* Several fields omitted */ };

36 10.Linux 平台设备机制分析 (Cont.) driver( 驱动 ) 系统中的每个驱动程序由一个 device_driver 对象描述, 对应的数据结构定义为 : struct device_driver driver { }; char *name; 设备驱动程序的名称 struct bus_type *bus; 该驱动所管理的设备挂接的总线类型 struct tkobject tkobj; 内嵌 kobject 对象 struct list_head devices; 该驱动所管理的设备链表头 int (*probe)(struct device *dev); 指向设备探测函数, 用于探测设备是否可以被该驱动程序管理 int (*remove)(struct device *dev); 用于删除设备的函数 /* some fields omitted*/

37 10.Linux 平台设备机制分析 (Cont.) class( 类 ) 系统中的设备类由 struct class 描述, 表示某一类设备所有的 class 对象都属于 class_subsys 子系统, 对应于 sysfs 文件系统中的 /sys/class 目录 struct class { const char * name; // 类名 struct module * owner; struct subsystem subsys; // 对应的 subsystem struct list_head children; //class_device 链表 struct list_head interfaces; //class_interface 链表 struct semaphore sem; //children 和 interfaces 链表锁 struct class_attribute * class_attrs;// 类属性 struct class_device_attribute * class_dev_attrs;// 类设备属性 int (*uevent)(struct class_device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);// 事件 void (*release)(struct class_device *dev); void (*class_release)(struct class *class); };

38 10.Linux 平台设备机制分析 (Cont.) 设备总线与类之间的关系

39 11.Linux 设备驱动之 LCD 驱动开发实例分析基于 CORTEX-A8 平台的 LCD 屏驱动代码分析

40 4.LINUX 驱动开发入门总结 1. 理解 inux 驱动将具体任务一分为二面向对象的设计思想 2. 理解 LINUX 中应用制定策略驱动实现机制的基本原则 3. 具体到具体驱动的时候以关键的数据结构为纲, 深入掌握 1,2 个驱动, 按照通 1,2 个驱动积累的经验划再分门别类进行学习 4. 原理联系实际, 多动手调试 ; 实际回归印证原理

41 12.LINUX 驱动开发入门总结 1. 理解 inux 驱动将具体任务一分为二面向对象的设计思想 2. 理解 LINUX 中应用制定策略驱动实现机制的基本原则 3. 具体到具体驱动的时候以关键的数据结构为纲, 深入掌握 1,2 个驱动, 按照通 1,2 个驱动积累的经验划再分门别类进行学习 4. 原理联系实际, 多动手调试 ; 实际回归印证原理

42 13. 华清驱动课程设置 (1) 第一天 : 1.linux 设备驱动开发基础知识 2.Linux 内核模块开发 3.Linux 字符设备驱动结构讲解第二天 : 1.Linux 设备驱动之的并发机制的实现 2.Linux 设备驱动之阻塞与非阻塞 IO 的实现 3.Linux 设备驱动之 POLL 及 select 机制 4.Linux 设备驱动之异步通知机制的实现第三天 : 1.Linux 设备驱动之中断编程 2.Linux 设备驱动之中断底半部机制 3.Linux 设备驱动之内核定时器第四天 : 1.Linux 设备驱动之内存管理 2.Linux 设备驱动之设备驱动模型 3Li 3.Linux 设备驱动之平台设备驱动机制

43 13. 华清课程设置 (2) 第五天 : 1.Linux 设备驱动之 GPIO 接口驱动编程 2.Linux 设备驱动之按键中断接口驱动编程 3.Linux 设备驱动之看门狗接口驱动编程 4.Linux 设备驱动之 PWM 接口驱动编程第六天 : 1.Linux 设备驱动之 ADC 接口驱动编程 2.Linux 设备驱动之 I2C 接口驱动编程第七天 : 1.Linux 设备驱动之 SPI 接口驱动编程 2.Linux 设备驱动之块设备驱动开发第八天 : linux 设备驱动之网卡驱动开发

44 嵌入式培训, 就选华清远见!

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