一、开发基础与内核模块开发环境基于ARM交叉编译工具链配套U-Boot、Linux内核、根文件系统的编译与烧录全流程。内核模块是驱动的最小载体支持动态加载/卸载无需重新编译内核核心要素模块入口函数、模块出口函数、模块参数、模块符号导出是Linux驱动开发的基础代码组织形式二、字符设备驱动核心框架核心数据结构struct cdev内核中描述一个字符设备的结构体struct file_operations驱动的操作接口集合封装open/read/write/ioctl/release等对应用层的操作设备号管理主设备号标识驱动类型次设备号标识同驱动下的不同硬件设备支持静态申请、动态分配两种方式用户态与内核态数据交互内核空间与用户空间不能直接访问必须通过copy_from_user()、copy_to_user()完成安全拷贝设备节点可通过mknod手动创建/dev下的设备文件也可结合udev/设备模型自动创建设备节点三、设备树Device Tree机制核心作用剥离硬件描述与驱动代码不再硬编码硬件信息以树形结构描述板级硬件资源。文件形态源码为.dts编译后生成.dtb内核启动时读取解析。核心要素节点、属性compatible匹配属性、reg寄存器地址范围、interrupts中断信息等。驱动接口内核提供of_系列函数驱动代码可通过接口读取设备树中的硬件参数。四、中断处理机制中断注册通过中断号绑定硬件中断与中断处理函数支持中断共享。顶半部底半部 分层设计顶半部快速响应硬件、关闭中断只处理紧急事务底半部延后处理耗时事务常见实现方式为tasklet、工作队列平衡中断响应实时性与系统整体效率五、并发与同步机制并发来源多进程调度抢占、中断上下文抢占、SMP多核并行访问会引发竞态问题。常用同步手段原子操作针对简单变量的无锁保护开销最小自旋锁忙等待机制适用于中断上下文等不可睡眠的场景信号量/互斥体支持睡眠适用于进程上下文的临界区保护六、常见IO模型阻塞IO基于等待队列实现设备无数据时进程休眠数据就绪后唤醒是最常用的IO模型。非阻塞IO应用层设置O_NONBLOCK标志无数据时驱动立即返回错误由应用层轮询访问。多路复用IOselect/poll同时监控多个设备文件统一等待事件适合多设备并发场景。异步通知驱动主动向应用层发送SIGIO信号应用层注册信号处理函数响应事件无需主动轮询。七、平台总线驱动模型分层思想总线bus、设备device、驱动driver三者分离通过名称或设备树compatible属性自动匹配。核心结构struct platform_driver描述平台驱动实现probe函数匹配成功后执行硬件初始化实现驱动与硬件描述解耦大幅提升驱动的可复用性与可移植性八、Linux设备模型底层核心以kobject、kset为内核对象基础向上派生出总线、设备、驱动三大类。sysfs文件系统以/sys目录树的形式向用户空间呈现内核中总线、设备、驱动的拓扑关系。设备类class更高层的设备抽象可自动在/dev目录创建设备节点简化应用层操作。
