内核简介

在谈驱动之前，我们需要先谈内核。

内核，是一个操作系统的核心。是基于硬件的第一层软件扩充，提供操作系统的最基本的功能，是操作系统工作的基础，决定着整个操作系统的性能和稳定性。

下面是微内核和宏内核的简易对照图(图片来自于网络)：

微内核： 不包括应用层IPC、文件系统功能、设备驱动模块。微内核具有动态扩展性强的优点。Windows操作系统、华为的鸿蒙操作系统就属于这类微内核架构。

宏内核： 宏内核架构是将应用层IPC、文件系统功能、设备驱动模块都编译成一个整体。

• 优点：执行效率高
• 缺点：一旦我们想修改或增加内核某个功能时（如增加设备驱动程序）都需要重新编译一遍内核。

Linux操作系统正是采用了宏内核结构，但是它也区分内核空间和用户空间。

所以，我们得先有内核源码。然后编译内核，才能编译出驱动程序。

关于内核源码，我们有两种方式获取：

• 直接下载所需版本的kernel，国内个版本的下载地址：http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/。
• 如果是有ARM开发板，下载相应的SDK，SDK内就包含kernel。

内核源码目录和编译

文件夹	作用
arch	这个文件夹包含了一个Kconfig文件，用于设置这个目录里的源代码编译所需的一系列设定。支持的处理器架构都在它相应的文件夹中，如arm64、x86、riscv等。/boot：内核需要的特定平台代码/boot/dts：设备树文件/configs：存放专用配置文件/include：特定体系的头文件/lib：通用函数在特定体系结构的文件/mm：特定体系结构的内存管理文件
block	块设备，是一些linux存储体系中关于块设备管理的代码，譬如说SD卡、iNand、Nand、硬盘等都是块设备。
crypto	这个目录下放了一些各种常见的加密算法的源代码。
drivers	驱动目录，里面分门别类的列出了linux内核支持的所有硬件设备的驱动源代码。
firmware	固件目录，保存用于驱动第三方设备的固件。
Documentation	存放相关说明文档，很多实用文档，包括驱动编写等
include	存放内核所需、与平台无关的头文件，与平台相关的头文件已经被移动到 arch 平台的include 目录
kernel	这个文件夹中的代码控制内核本身，在该文件夹下有个”power”文件夹，这里的代码可以使计算机重新启动、关机和挂起。
lib	这个文件夹包含了内核需要引用的一系列内核库文件代码。
……	其余的文件夹作用请自行了解。

如果我们写自己的驱动程序，需要放到drivers目录下，具体的规则后面再细讲。

内核的编译，我们使用SDK中自带脚本进行编译，那个脚本中会配置好配置文件。

kernel menuconfig

menuconfig是Linux里面的一个软件，可以配置uboot，kernel，rootf，这里以kernel为例来配置。

在命令行进入内核根目录，执行以下命令进入menuconfig配置主界面

# 打开menuconfig配置界面
make ARCH=arm64 menuconfig

• 执行上述命令时,会读取内核目录下.config文件和/arch/arm64目录下的Kconfig文件

• Kconfig文件用于决定配置界面会有哪些配置选项

• .config文件用于决定每个配置项的值（Y、M、N）

• 当.config文件存在时,它会根据.config文件设定默认项.

• 若不存在.config文件,则根据各级Kconfig文件来设定菜单项

• 使用菜单配置完成并保存后，会将配置的结果保存到.config文件

Kconfig 文件

分布在各目录下的Kconfig构成了一个分布式的内核配置数据库，每个Kconfig分别描述了所属目录源文件相关的内核配置菜单。Kconfig是各种配置界面的源文件，内核的配置工具读取各个Kconfig文件，生成配置界面供开发人员配置内核。

• 文件位于：/kernel/arch/arm64/Kconfig

在内核配置make menuconfig(或xconfig等)时，从Kconfig中读出配置菜单，用户配置完后保存到.config(在顶层目录下生成)中。

.config 文件

在内核编译时，主Makefile调用这个.config，用于的内核编译配置。

• 文件位于 ：kernel/.config
• 可以通过defconfig文件进行加载/生成
• 可以通过kernel menuconfig进行配置/生成

defconfig文件

一般由平台厂商提供，内核编译用做.config的参考。

• 文件位于：/kernel/arch/arm64/configs/xxx_defconfig

Makefile 文件

• 路径：kernel/Makefile

顶层Makefile，用于内核源码编译，建议好好阅读一下此文件。

• 路径：kernel/arch/arm64/Makefile

该文件包含在顶层makefile中，因此用户可以添加自己的特定于体系结构的标志和依赖项。

Linux驱动简介

Linux是文件型系统，所有硬件都会在对应的目录（/dev）下面用相应的文件表示。在文件系统的Linux下面，都有对应文件与键盘、鼠标和硬盘等实实在在的硬件设备关联，访问这些文件就可以访问实际硬件。按照读写存储数据的方式，我们可以把设备分为三大类：

**字符设备：**字符设备指能够像字节流串行顺序依次进行访问的设备，对他的读写是以字节为单位。

• 一个字节一个字节读写的设备
• 读取数据需要按照先后数据（顺序读取）
• 每个字符设备在/dev目录下对应一个设备文件，linux用户程序通过设备文件（或称 设备节点）来使用驱动程序操作字符设备。
• 常见的字符设备有鼠标、键盘、串口、SPI、I2C等

**块设备：**是一种具有一定结构的随机存取设备，对这种设备的读写是按块进行的，他使用缓冲区来存放暂时的数据，待条件成熟后，从缓存一次性写入设备或者从设备一次性读到缓冲区。

• 数据以固定长度进行传输，比如512K
• 块设备能够随机访问，而字符设备则只能顺序访问。
• 块设备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等
• 每个块设备在/dev目录下对应一个设备文件，linux用户程序可以通过设备文件（或称设备节点）来使用驱动程序操作块设备。
• 块设备可以容纳文件系统，所以一般都通过文件系统来访问，而不是/dev设备节点。

**网络设备：**不同于字符设备和块设备，不在/dev下以文件节点代表，而是通过单独的网络接口来代表。

• 网络接口没有像字符设备和块设备一样的设备号和/dev设备节点，只有接口名，如eth0,eth1
  访问，而不是/dev设备节点。

**网络设备：**不同于字符设备和块设备，不在/dev下以文件节点代表，而是通过单独的网络接口来代表。

• 网络接口没有像字符设备和块设备一样的设备号和/dev设备节点，只有接口名，如eth0,eth1
• 对网络设备的访问只能通过socket操作，而不是open、closc、read、write