学习Linux设备驱动程序入门 (linux设备驱动程序入门)

随着计算机技术的不断发展，操作系统的选择越来越多样化。Linux作为一款自由和开源的操作系统，日益受到更多人的喜爱。而作为Linux系统的核心，设备驱动程序的编写也变得越来越重要。那么，，该从何处开始呢？

1.了解Linux系统

在学习Linux设备驱动程序之前，首先需要了解Linux系统的基本概念和组成部分。特别是内核的概念，因为设备驱动程序就是内核中的一部分。同时，还需要熟悉Linux的文件系统、进程和进程间通信等概念。

2.了解设备驱动程序的基本原理

设备驱动程序是Linux系统中的一种特殊的驱动程序，它是计算机系统与硬件设备之间的桥梁。设备驱动程序主要负责为硬件提供接口，使得操作系统能够与硬件设备进行通信。因此，了解设备驱动程序的基本原理是至关重要的。

3.学习Linux内核编程

学习Linux设备驱动程序之前，必须要了解Linux内核编程的基础知识。该知识包括如何编译内核，并了解内核中的文件、数据结构、宏和函数等。此外，还需要学习如何调试内核代码，这对于设备驱动程序的编写非常重要。

4.学习Linux设备驱动程序的编写

在学习完必要的基础知识之后，就可以开始学习Linux设备驱动程序的编写了。编写设备驱动程序需要掌握C语言编程技术和Linux内核编程技术。通常情况下，设备驱动程序的编写需要熟悉设备驱动程序注册、设备文件的创建、设备驱动程序的主要函数等。

5.了解常用的Linux设备驱动程序

在学习Linux设备驱动程序的过程中，了解常用的设备驱动程序是非常有益的。常见的设备驱动程序包括字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序等。通过了解这些设备驱动程序，可以更好地掌握设备驱动程序的编写技巧。

6.调试和测试设备驱动程序

设备驱动程序的编写完成之后，必须进行调试和测试。在调试和测试设备驱动程序的过程中，需要使用一些工具和技术。例如，可以使用printk()函数输出日志信息，使用gdb调试器进行调试，使用strace命令跟踪设备驱动程序的系统调用等。

需要了解Linux系统、设备驱动程序的基本原理、Linux内核编程等基础知识。同时，还需要学习正规的编码方法和调试技巧。经常与其他开发者交流、寻找其他资料和方法也是十分必要的。掌握了这些基础知识，我们就可以更好地编写自己的设备驱动程序，在Linux系统中发挥自己的技术水平。

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UNIX网络编程2卷本——Richard Stevens—-网络编程三剑客

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图表细说电子元器件—–胡斌

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嵌入式需要学什么？嵌入式需要学哪些课程和内容？

重点也就是单片机［包括arm这类比较强大的］和FPGA了

专业基础课就一大堆了，像楼喊败弊上说的那些，其实还有更多。。。

不过如果像fpga这类东西学精了，可以自己设计处理器，然后开发专用的系统，再做编译枯告器，做配套的数据库。。。。

不过一般似乎没人这么玩，太累郑族了。。。

1.1 有哪些设备使用单片机或Linux

所有的电子产品，所用技术都可以认为要么是单片机，要么是Linux；GUI方面主要是QT/Android，它们都是运行于Linux之上的。我们说的单片机不使用操作系统，但是使用单片机设备肯定远远超过Linux。很多人也是先学悄弯习单片机，从单片机进入电子工程师行业，日常生活中，有哪些产品使用单片机、Linux呢？下面举一些例子：

我们设计一个产品时，是使用单片机还是Linux，取决于成本：硬件成本、软件成本、维护成本、升级成本。而不应该根据个人偏好来选择：我喜欢单片机，所以就排斥使用Linux；我喜欢Linux，就排斥使用单片机。为了有更多的选择，我们需要既懂单片机，又懂Linux。

1.2 在硬件操作上单片机和Linux是类似的

以点灯为例，

无论是单片机还是Linux，我们要做的事情都一样：

看原理图，确定引脚是哪一个，确定它输出什么电平才可以

看芯片手册，确定要怎么操作寄存器

写程序

但是，怎么编写程序，单片机和Linux有很大不同。

1.3 在单片机中点灯、使用LCD

使用单片机开发程序时，我们一上来就写一个main函数，下面是一些简化的代码：

请点击输入图片描述

LED程序里面的init_led、led_on、led_off函数是你一个人写的，爱取什么名就取什么名，爱怎么写就怎么写。

LCD程序里的函数也是你写的，完全是自由发挥。

很多单片机项目不是很复杂，2、3个坦隐人从上到下统统搞定，里面的函数大多时间是直接去读写寄存器。

很多单片机项目严重依赖于硬件，换一个芯片后怎么办？重写一套代码呗。

在单片机程序里，没有应用程序、驱动程序的概念，很可能一个人包揽了硬件设计、模块调试(或称之为驱动)、功能开发(或称之为应用)的全部活。

1.4 在Linux中点灯、使用LCD

在Linux中，不允许应用开发人员直接去操作硬件，比如你想点个灯，不好意思，你无法直接访问寄存器；你需要通过驱动程序来访问寄存器。

为什么？有几大原因：

Linux系统中运行着众多程序，必须保证质量差的程序无法破坏系统：假设你写的程序比较烂，那我不能让你去随便访问寄存器，把系统搞崩溃了怎么办？你本意是去点灯，但是你看错了寄存器，你把电源关了怎么办？所以这些操作硬件的活，还是交给信得过的人来做吧：交给驱动工程师，他既懂硬件又懂软件。

保证程序的可移植性：编写应用程序时，大家都使用统一的函数，以后换一个芯片时，应用程序不用变；只需要根据这个接口提供驱动程序就可以了。

团队协作：使用Linux系统的项目一般比较大，术业有专攻，一个人不太可能从上到下都全部掌握。比如做人脸识别项目，有擅长做图像处理的，他可不管你要用多少种摄像头，有图像给他就可以。而多种摄像头的硬件操作方法各有不同，这些交给驱动程序工程师。

所以，在Linux中应用程序和驱动程序是分开的。

以LED、LCD程序为例，简化的代码如下

请点击输入图片描述

也许你已经大概猜出来了，应用程序怎么调用驱动程序？通过标准的接口：

open：打开驱动程序。

read/write：读、写数据。

ioctl：传入各种参数，获得各种参数。

mmap：内存映射，比如映射之后，应用程序可以直接读写LCD的显存。

你看！从这些接口里，我们根本看不到寄存器的操作。底层的程序驱动会根据这些调用，去设置寄存器、操作硬件。

所以，我高大上的让运厅应用工程师，干嘛苦哈哈地去看原理图、看在片手册、读写寄存器，搞不好还要去调试硬件BUG。这些脏活、累活就交给驱动工程师吧。客户的需求千变万化，我996时间都不够用了。

我上懂软件、下懂硬件的驱动工程师，肯定不能把这么重要的活交给你去做了，把我的系统搞崩溃了怎么办。

开玩笑、开玩笑、开玩笑的，有应用工程师、驱动工程师的优劣之分，大家都是为了做出产品。现在有一个趋势，一个任务从上到下你都需要懂，这就是所谓的全栈工程师。

还是以LED为例，应用程序和驱动程序的协作如下图所示：

在Linux中，“一切皆文件”，要访问某个硬件，也是要打开文件、读写文件。应用程序要根据标准的文件接口：open/read/write/ioctl/mmap等来访问驱动程序。

既然如此，怎么写驱动程序呢？最简单的方法就是：APP要调用open来打开驱动程序，那驱动‘程序里就提供一个_open函数来初始化硬件；APP要调用write来写数据，驱动程序里就提供一个_write函数来接收数据并操作硬件。

用_open、_write来构成一个驱动程序，这就是驱动框架。

怎么实现这些_open、_write函数？我们要做的事情跟单片机是类似的，一样要去看电路图、看芯片手册，然后在这些函数里读写寄存器：这称为硬件操作。

所以，Linux驱动程序= 驱动框架 + 硬件操作。

有单片机基础的人，对硬件操作比较熟悉了，把重点放在驱动框架上就可以。

高能预警：驱动框架可不简单，对于LED来说是简单，但是还有更复杂的驱动程序，它要考虑“通用”，这很要命。

第2章 嵌入式Linux快速入门

这几天在群里跟学员聊天，有一位学员的学习方法很好：先观其广，再究其深。有时候要“不求甚解”，很多时候保持疑问先学下去，这些疑问就自然解决了。

比如课程中涉及汇编知识，如果你要彻底弄清楚，你需要去学习《ARM架构与编程》；当你学完这本书，你的同学搞不好已经可以上手工作了。

2.1 短期的目标是什么

我们先把学习目标定下来：快速了解嵌入式Linux开发的流程，知道要学什么，具备跟从业者交流的能力。

2.2 一个嵌入式Linux系统的组成

请点击输入图片描述

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下面我们用类比和逻辑推导出嵌入式Linux系统的组成，没错，“推导”。

从上图可以知道：

组成：嵌入式Linux系统= bootloader + linux内核 + 根文件系统(里面含有APP)。

bootloader：它的目的是启动内核，去哪等读内核？读到哪里？去Flash等外设读内核，存到内存里去。所以需要有Flash里外设的驱动能力，为了调试方便还会有网络功能。所以，可以认为 booloader = 裸机，它就是一个复杂的单片机程序。

Linux内核：Linux内核的最主要目的是去启动APP，APP保存在哪里？保存在“根文件系统”里。“根文件系统”又保存在哪里？在Flash、SD卡等设备里，甚至可能在网络上。所以Linux内核要有这些Flash、SD卡里设备的驱动能力。

不仅如此，Linux内核还有进程调度能力、内存管理等功能。

所以：Linux内核 = 驱动 + 进程调度 + 内存管理等。

2.3 要学习bootloader吗

Bootloader有很多种，常用的叫u-boot。

在实际工作中，对于u-boot基本上是修修改改，甚至不改。但是u-boot本身是很复杂的，比如为了便于调试，它支持网络功能；有些内核是保存在FAT32分区里，于是它要能解析FAT32分区，读FAT32分区的文件。

花那么多精力去学习u-boot，但是工作中基本用不到，这对初学者很不友善。

所以，对于初学者，我建议：理解u-boot的作用、会使用u-boot的命令，这就可以了。

如果你的工作就是修改、完善bootloader，那么再去研究它吧。

2.4 要学习Linux内核、要学习驱动程序吗

之前我们说过Linux内核 = 驱动 + 进程调度 + 内存管理等，如果要学习Linux内核，从驱动程序入手是一个好办法。

但是人人都要学习Linux内核、人人都要学习Linux驱动吗？显然不是。

作为初学者，懂几个简单的驱动程序，有利于工作交流；理解中断、进程、线程的概念，无论是对驱动开发、应用程序开发，都是很有好处的。

所以对于初学者，建议前期只学习这几个驱动：LED、按键、中断。

LED驱动程序：这是最简单的驱动程序。

按键驱动程序：它也比较简单，从它引入“中断”。

中断：从“中断”它可以引入：休眠-唤醒、进程/线程、POLL机制、异步通知等概念。这些概念无论是对驱动开发，还是对应用开发，都很重要。

所以，对于初学者，我建议必须学习这几个驱动：LED、按键、中断。

入门之后，如果你想从事内核开发、驱动开发，那么可以去钻研几个驱动程序(输入系统、I2C总线、SPI总线等)，掌握若干个大型驱动程序后，你对内核的套路就有所了解了，再去研究其他部分(比如进程管理、文件系统)时你会发现套路是如此通用。

摄像头(VL42)、声卡ALSA驱动是Linux中比较复杂的2类驱动，它们是很难的，如果工作与此相关再去研究。

2.5，要学习Linux应用程序吗？先学一些基础技能

要学，即使以后你只想研究内核，一些基本的应用开发编写能力也是需要的：

基本设备的访问，比如LCD、输入设备

进程、线程、进程通信、线程同步与互斥

休眠-唤醒、POLL机制、信号

网络编程

①②③部分的知识，跟驱动有密切的关系，它们是相辅相承的。

掌握了基本驱动开发能力、基本应用开发能力之后，在工作中你就可以跟别人友好沟通了，不至于一脸懵逼。

2.6，应用程序是怎么启动的？要了解一下根文件系统

你辛辛苦苦写出了应用程序，怎么把它放到板子上，让它开机就自动启动？

你写的程序，它依赖于哪些库，这些库放到板子上哪个目录？

怎么做一个可升级的系统？即使升级中途断电了，也要保证程序至少还可以运行老的版本？

这些都需要我们了解一下根文件系统。

先了解一下init进程：它要读取配置文件，根据配置文件启动各个APP。

了解了init进程，你就了解了根文件系统的组成，就可以随心所欲裁剪系统，为你的项目制作出最精简的系统。

第3章 学习方法

3.1 先不要打破砂锅问到底

嵌入式涉及的东西太多太杂了，如果心里没有主线，碰到什么都要去研究个透彻，最终反而忘记自己要学什么了。

嵌入式涉及硬件知识、软件知识，软件里涉及汇编、ARM架构、C语言、Makefile、Shell；又分为bootloader、内核、驱动、基本的APP、GUI。

比如我们会用到Makefile，了解它的基本规则，会用我们提供的Makefile就可以。

不需要深入研究那些make函数，因为在工作中都有现成的Makefile给你使用，不需要自己去编写一套Makefile。何必花上好几天去深入研究它呢？

比如我们会用到bootloader，难道又要花上几个月来深入研究u-boot吗？工作中基本不需要改u-boot，会用那几个命令就可以。

甚至有些学员先去买本shell的书来学习shell命令，何必？我们在视频中用到什么命令，你不懂时再去百度一下这些命令就可以了。

不要脱离初学者的主线：应用基础、驱动基础。有了这2个基础后，你想深入研究某部分时，再去花时间吧。

3.2 思路要清晰，不怕抄代码

视频里的代码，请你一定要自己去写一次、写多次。为什么我现在写驱动那么熟？我2023年在华清远见上课时，

每次上课我都要给学生写一次那些驱动，十几次下来闭着眼睛都知道内核的套路了。

记不住那些函数？我也记不住，我都是去参考同类的驱动程序，这又不是闭卷考试。

但是要理清楚思路，你写这个程序要完成什么功能、怎么实现这些功能？这个要弄清楚。

有了思路后再写代码，不知道怎么写？没关系，看看视频，看看示例，然后关闭视频看看能否自己写出来。

3.3 对自己的方向很了解，我只能带你到这里了

我的专长是操作系统，是快速地带领大家掌握一些项目开发的基础知识。

如果你决定深入研究某方面时，我并不能带你多久。你要去看源码，去看这方面的专业书籍。

比如想深入钻研内核的内存管理时，它有页表映射(你需要阅读ARM架构的手册)、SLAB分配器、vmalloc/malloc实现、mmap实现、缺页中断、父进程子进程之间的页面管理等等，内容非常多。有时候连书籍都没有，你需要直接啃代码。

当你想从事某个行业时，就需要深入研究行业相关的知识。

比如CAN总线，它可以写成一本书：CAN协议、CAN报文、Socket CAN、车身网络拓扑结构，CAN应用报文，CAN网络管理报文，CAN诊断报文。

想做物联网网关，需要深入研究MQTT，MQTT协议相对简单，但是MQTT英文原版协议有130多页，中文版有近100页，是一本小书了。

每个行业都有自己的业务逻辑，在掌握基本的编程能力之一，你需要结合具体的业务去深入学习。

嵌入式系统是计算机软件和硬件的综合体，岗位包括：ESE(嵌入式软件工程师)；ADE(嵌入式应用开发工程师)；FWE(嵌入式底层开发工程师)；FEC（嵌入式固件开发工程师），我有嵌入式视频课可以发给你自学。

课程内容主要斗简包括：

①C，Java核心编程：c语言核心编程，Java核心编程；

②Linux核心操作与算法：Linux系统使用，Linux-c编程核心技术，精品数据结构，Linux-c编程精髓；

③核心操作与算法：Linux系统编程，Linux网络编程核心技术，UI编程，Java核心编程，安卓核心技术；

④ARM+Linux底层开发：数字电路，ARM编程核心，Linux系统开发，嵌入式Linux驱动开发；

⑤大型项目实践：每期安排各类型真实的项目，详细可以找我要轿清资料。

课堂实拍

你可以考闭销前察对比一下南京课工场、北大青鸟、中博软件学院等开设有嵌入式开发专业的学校。记得找我要嵌入式开发视频课，祝学有所成！望采纳！

入门嵌入式工程师

此阶段主要是前期的入门过程，主要针对入行没多久的新人。其实成功没有捷径，所以打好基础才是关键。嵌入式开发要学什么主要包含以下4个方面的内容：

1.电路知识 首先你要学习电路、模电、数电，认识电阻、电容、三极管，基础器件要知道，放大电路、集成运放、时序电路基本电路能看懂，不然看电路图一定是云里雾里，也就无法进行后续的工作。硬件产品的设计实现，包括器件选型、原理图和PCB设计、电路调试，都需要过硬的电路基础。

2.C语言

C语言是嵌入式开发中最重要的编程语言，要对这门语言有深入的理解，毕竟不仅仅要会写程序，看懂他人程序也很重要。最基本的数据段伍类型、数组、指针、结构体，链表、文件操作等都要会，掌握基本语法和语句，不然你要能区分指针数组与数组指针吗?

3.单片机 单片机入门相对简单，通过单片机的学习可以熟悉单片机的硬件结构，包括I/O口、AD转换、通信(串口、并口、I2C、CAN、USB、以太网、ZigBee技术等)、显示(LED、LCD等)、控制(PWM等控制技术)、数据处理(图形、图像、语音、视频等的处理或识别)等，学好单片机可以为采用嵌入式系统奠定良好的基础。

4Linux基础

Linux的源码和架构都是开放的，在嵌入式系统中应用尤为广泛，学习Linux对于系统的开发会有很大的帮助。详细了解Linux下的目录结构、基本命令、编辑器VI、编译器GCC、调试器GDB和 Make 项目管理工具，Shell Makefile脚本编写等知识，以及嵌入式开发环境的搭建。

中级嵌入式工程师

经过之一个阶段的学习，你已经可以进行嵌入式开发工作了，但是要进阶依旧还有很多知识要学，而这个阶段也将是之一个分水岭，使得优秀的嵌入式工程师得以脱颖而出。此阶段虽然只有三项，但涉及的知识非常广，要想学好需要花费大量的精力。

1.Linux编程

系统编程可以直接跟内核及核心系统程序库对话，深入了解Linux内核。掌握Linux系统编程主要提升对Linux应用开发的理解和代码调试的能力。由于网络应用开发越来越广泛，通过Linux网络发展、TCP/IP协议、socket编程、TCP网络编程、UDP网络编程、Web编程开发等方面入手，可以全面了解Linux网络应用程序开发。

2数据结构与算法 数据结构及算法在嵌入式底层驱动、通信协议及各种引擎开发中得到了广泛的应用，语言编译要使用栈、散列表以及语法树;操作系统中用队列、存储管理表及目录树等;数据库系统运用线型表、多链表及索引表进行数据管理等等，对其掌握的好坏直接影响程序的效率、简洁及健壮性。

3.QT、DSP、FPGA

Linux没有自己界面，学习QT编程可以创建艺术级的图形用户界面所需的所有功能，从而更好的实现人机交互控制。而如今用户对于图形图像的要求也越来越高，这就需要DSP、FPGA技术来设计开发更好的嵌入式视觉系统。

高级嵌入式工程师

学习了前两个阶段的知识，你已经可以胜任大部分嵌入式工作了，但是距离大咖仍有一定的差距，其实已经到了第二个分水岭。这部分更多涉及系统层面，没有全方位的知识将会很难下手。

1操作系统平台开发 除了Linux外，嵌入式操作系统还有ARM、WINCE、uC/OS II、Vxworks、uClinux等，不同的系统有着不同的使用环境，你需要学习掌握系统的各个模块，为底层平台搭建做好准备。熟悉各个操作系统的特点以及系统的内核移植，确保操作系统能在某个微处理器或微控制器上运行。随着手机智能硬件的快速兴起，Android操作系统开发也越来越重要。

2驱动开发 驱动程序设计是嵌入式Linux开发工作中非常重要的一部分。不仅要熟悉Linux的内核机制、驱动程序与用户级应岩燃纤用程序的接口，掌握系统对设备的并发操作。还要具备ARM硬件接口的基础知识，熟悉ARM Cortex处理器各资源、掌握Linux设备驱动原理框架，以及工程中常见Linux高级字符设备、块设备、网络设备、USB设备的驱动开发。

以上嵌入式工程师需要学什么，分为三个阶段来讲解，其实还有一条捷径，就是参加华清远见的嵌入式培训，华清远粗仿见的嵌入式培训是行业内各大公司都认可的培训。

当你到达这里的时候，可以说你已经是一个人生赢家了，而真正的学习过程如同一场漫长的修行,在这个过程中,必定有各种各样的困难。当然了，嵌入式工作中更多的需要实践以及经验的积累，相信守得云开见月明，你也可成为一名优秀的嵌入式工程师。

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