嵌入式Linux应用程序开发过程.ppt

基于ARM和linux的开发,2023/10/28,武汉创维特,2,Linux应用程序,Linux应用程序设计,编写程序,编写Makefile文件,编译,运行,3,编写helloworld文件,Helloworld程序是一个只在输出控制台上打印出“hello，world”字串的程序#include int main()printf(“hello,world!n”);,4,编写Makefile文件,Linux应用程序设计,5,编译器,编译x86平台采用的gcc编译器#gcc o helloworld helloworld.c,编译ARM平台采用的arm-linux-gcc编译器#arm-linux-gcc o helloworld helloworld.c,6,编译,#/usr/local/arm/2.95.3/bin/arm-linux-gcc o helloworld helloworld.c,如果有Makefile文件#make,7,Linux应用程序运行1,Linux应用程序设计,应用程序运行可以采用如下两种方式：在Linux内核启动起来，并且有办法从主机获取文件时，可以在Linux控制台直接从主机获取编译后的应用程序。可以通过ftp、nfs、ssh等方式达到。也可以在编译应用程序后将该应用程序拷贝到ramdisk中，然后重新制作ramdisk，并更新ramdisk文件系统，此时新的程序将在文件系统中。,8,Linux应用程序运行2,JXARM9-2410通过NFS将主机的/tftpboot/目录挂接到目标机的/mnt/nfs目录下#mount 192.168.1.180:/tftpboot/mnt/nfs#cd/mnt/nfs/examples#./helloworld,9,Linux应用程序运行3,Linux应用程序设计,重新编译内核时，通常将应用程序添加到Linux文件系统的bin目录，该目录有全局路径。且该文件应该具有执行属性，可以通过如下命令修改：chmod 777 leddemo在新内核启动后，直接在命令行输入文件名即可运行。,当直接在Linux控制台中从主机上获取应用程序时，必须保存到可写的位置，且通过如下命令执行该程序：./leddemo,10,配置Linux应用程序启动后自动运行,Linux应用程序设计,如果需要在系统启动以后自动运行helloworld程序，需要编辑ramdisk中的启动脚本文件，该文件为root/rd/etc/init.d/rcS使用vi编辑器编辑，在该文件最后添加如下脚本：/bin/helloworld该脚本将启动后运行helloworld，直到程序退出。或/bin/helloworld&它将在后台运行helloworld，不影响其他的程序运行。,11,linux驱动程序,Linux驱动程序设计,Linux下对外设的访问只能通过驱动程序进行,Linux具有统一的驱动程序接口，以文件操作的方式管理驱动程序，如：open、read、write、ioctl,驱动程序是内核的一部分，可以使用中断、DMA等操作,驱动程序需要在用户态和内核态之间传递数据,12,设备驱动程序的概念,对硬件的控制涉及寄存器中各位的操作，通常这些操作与设备直接相关并且对时序的要求非常严格，如果这些工作都交由应用程序员来负责，那么对硬件设备的编程将变得异常复杂而困难。驱动程序的作用正是要屏蔽硬件的这些底层细节，从而简化应用程序的编写。操作系统一般提供设备驱动程序来完成对特定硬件的控制，以建立应用程序和设备之间的抽象接口，而不是应用程序直接操作硬件。,13,设备驱动程序的概念,设备驱动程序实际是处理和操作硬件控制器的软件，从本质上讲，是内核中具有最高特权级的、驻留内存的、可共享的底层硬件处理例程。Linux 操作系统将所有的设备全部看成文件，都纳入文件系统的范畴，并通过文件的操作界面进行操作。一般来说，是把设备映射为一个特殊的设备文件，用户程序可以像对其他文件一样对此设备文件进行操作。设备文件的属性由三部分信息组成：文件的类型，主设备号，次设备号,14,设备驱动程序的概念,驱动程序是内核的一部分，是操作系统内核与硬件设备的直接接口，驱动程序屏蔽了硬件的细节，完成以下功能：对设备初始化和释放 对设备进行管理，包括实时参数设置，以及提供对设备的操作接口 读取应用程序传送给设备文件的数据或回送应用程序请求的数据 检测和处理设备出现的错误,15,Linux驱动程序,Linux驱动程序设计,Linux屏蔽了应用层对外设的直接访问，不能在用户态直接进行如下操作：*(unsigned char*)0 x02000006)=0 x3e;,Linux下用户态无法处理中断,Linux下对外设的访问推荐采用驱动程序进行，在内核态编写驱动程序（包括直接对外设操作、处理中断等），用户态通过标准驱动程序调用方法进行操作。,16,Linux驱动程序编译方式,Linux驱动程序设计,Linux中驱动程序的使用可以按照两种方式编译：一种是静态编译进内核另一种是编译成模块以供动态加载,由于Linux不支持模块动态加载，而且嵌入式Linux不能够象桌面Linux那样灵活的使用insmod/rmmod加载卸载设备驱动程序，因而通常在Linux中将设备驱动程序静态编译进内核。,17,Linux下设备驱动程序分类,Linux驱动程序设计,字符设备：是指存取时没有缓存的设备。典型的字符设备包括鼠标，键盘，串行口等。,块设备：块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取(randomaccess)。典型的块设备主要包括硬盘软盘设备，CD-ROM等。,网络设备：Linux的网络系统主要是基于BSDunix的socket机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构(sk_buff)进行数据的传递。系统里支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。,18,Linux下设备驱动程序组成,Linux驱动程序设计,自动配置和初始化子程序：负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和是否能正常工作。如果该设备正常，则对这个设备及其相关的、设备驱动程序需要的软件状态进行初始化。这部分驱动程序仅在初始化的时候被调用一次。,服务于I/O请求的子程序：调用这部分是由于系统调用的结果。这部分程序在执行的时候，系统仍认为是和进行调用的进程属于同一个进程，只是由用户态变成了核心态，具有进行此系统调用的用户程序的运行环境，因此可以在其中调用sleep()等与进程运行环境有关的函数。,中断服务子程序：,19,Linux下设备驱动程序I/O设备入口点1,Linux驱动程序设计,在系统内部，I/O设备的存取通过一组固定的入口点来进行，这组入口点是由每个设备的设备驱动程序提供的。而入口点由一个文件操作结构(file_operations)向系统进行说明。一般来说，字符型设备驱动程序能够提供如下几个入口点：,open：打开设备准备I/O操作。对字符特别设备文件进行打开操作，都会调用设备的open入口点。open子程序必须对将要进行的I/O操作做好必要的准备工作，如清除缓冲区等。如果设备是独占的，即同一时刻只能有一个程序访问此设备，则open子程序必须设置一些标志以表示设备处于忙状态。,close：关闭一个设备。当最后一次使用设备终结后，调用close子程序。独占设备必须标记设备可再次使用。,20,Linux下设备驱动程序I/O设备入口点2,Linux驱动程序设计,write：往设备上写数据。对于有缓冲区的I/O操作，一般是把数据写入缓冲区里。对字符特别设备文件进行写操作将调用write子程序。,ioctl：执行读、写之外的操作。,select：检查设备，看数据是否可读或设备是否可用于写数据。select系统调用在检查与设备特别文件相关的文件描述符时使用select入口点。如果设备驱动程序没有提供上述入口点中的某一个，系统会用缺省的子程序来代替。对于不同的系统，也还有一些其它的入口点。,Read：从设备上读数据。对于有缓冲区的I/O操作，一般是从缓冲区里读数据。对字符特别设备文件进行读操作将调用read子程序。,21,Linux下设备驱动程序I/O设备入口点3,在用户自己的驱动程序中，首先要根据驱动程序的功能，完成 file_operations 结构中的函数的实现 不需要的函数接口可以直接在 file_operations 结构中初始化为 NULL 每个进程对设备的操作，都会根据主次设备号，转换成对 file_operations 结构的访问,22,设备驱动程序的开发过程,查看原理图，理解设备的工作原理。定义设备号。设备由一个主设备号和一个次设备号来标识。主设备号惟一标识了设备类型，即设备驱动程序类型，它是块设备表或字符设备表项的索引 实现初始化函数。在驱动程序中实现驱动的注册和卸载 设计所要实现的文件操作，定义 file_operations 结构,23,设备驱动程序的开发过程,实现所需的文件操作调用，如 read、write 等实现中断服务，并用 request_irq 向内核注册，中断并不是每个设备驱动所必需的。编译该驱动程序到内核中，或者用insmod命令加载模块测试该设备，编写应用程序，对驱动程序进行测试,24,Linux下设备注册1,Linux驱动程序设计,设备驱动程序所提供的入口点，在设备驱动程序初始化的时候向系统进行登记，以便系统在适当的时候调用。Linux系统里，通过调用register_chrdev向系统注册字符型设备驱动程序。register_chrdev定义为：#include#include int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops);,其中，major是为设备驱动程序向系统申请的主设备号，如果为0则系统为此驱动程序动态地分配一个主设备号。name是设备名。fops是该驱动各个的入口点的文件操作结构指针。,25,Linux下设备注册2,Linux驱动程序设计,此函数返回0表示成功。返回-EINVAL表示申请的主设备号非法，一般来说是主设备号大于系统所允许的最大设备号。返回-EBUSY表示所申请的主设备号正在被其它设备驱动程序使用。如果是动态分配主设备号成功，此函数将返回所分配的主设备号。如果register_chrdev操作成功，设备名就会出现在/proc/devices文件里。,初始化部分一般还负责给设备驱动程序申请系统资源，包括内存、中断、时钟、I/O端口等，这些资源也可以在open子程序或别的地方申请。在这些资源不用的时候，应该释放它们，以利于资源的共享。,26,Linux下中断处理,Linux驱动程序设计,在Linux系统里，对中断的处理是属于系统核心的部分，因此如果设备与系统之间以中断方式进行数据交换的话，就必须把该设备的驱动程序作为系统核心的一部分。设备驱动程序通过调用request_irq函数来申请中断，通过free_irq来释放中断。,27,Linux下内存分配、释放,Linux驱动程序设计,作为系统核心的一部分，设备驱动程序在申请和释放内存时不是调用malloc和free，而代之以调用kmalloc和kfree，它们被定义为：#include void*kmalloc(unsigned int len,int priority);void kfree(void*obj);参数len为希望申请的字节数，obj为要释放的内存指针。priority为分配内存操作的优先级，即在没有足够空闲内存时如何操作，一般用GFP_KERNEL。,28,Linux下内存分配、释放,Linux驱动程序设计,使用一个没有申请的I/O端口不会使CPU产生异常，也就不会导致诸如“segmentation fault”一类的错误发生。任何进程都可以访问任何一个I/O端口。此时系统无法保证对I/O端口的操作不会发生冲突，甚至会因此而使系统崩溃。,因此，在使用I/O端口前，应该检查此I/O端口是否已有别的程序在使用，若没有，再把此端口标记为正在使用，在使用完以后释放它。int check_region(unsigned int from,unsigned int extent);void request_region(unsigned int from,unsigned int extent,const char*name);void release_region(unsigned int from,unsigned int extent);,29,Linux下开关中断函数,Linux驱动程序设计,在设备驱动程序里，通过如下函数实现打开和关闭中断功能：#include#define cli()_asm_ _volatile_(cli:)#define sti()_asm_ _volatile_(sti:),30,Linux下用户态和核心态数据访问,Linux驱动程序设计,在设备驱动程序里，还可能会用到如下的一些系统函数：#include void memcpy_fromfs(void*to,const void*from,unsigned long n);void memcpy_tofs(void*to,const void*from,unsigned long n);,在用户程序调用read、write时，因为进程的运行状态由用户态变为核心态，地址空间也变为核心地址空间。而read、write中参数buf是指向用户程序的私有地址空间的，所以不能直接访问，必须通过上述两个系统函数来访问用户程序的私有地址空间。memcpy_fromfs由用户程序地址空间往核心地址空间复制，memcpy_tofs则反之。参数to为复制的目的指针，from为源指针，n为要复制的字节数。,31,Linux下设备驱动程序举例,Linux驱动程序设计,模块加载,设备初始化,设备入口点实现,32,静态编译驱动程序进内核,Linux驱动程序设计,模块初始化函数,33,设备初始化,Linux驱动程序设计,34,设备入口点实现,Linux驱动程序设计,35,基于ARM和Linux的开发,谢谢！,