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《嵌入式驱动（二）：驱动编写基本概念》

news 2025/9/26 15:48:07

《嵌入式驱动（二）：驱动编写基本概念》

版本号

uboot 2016.03        kernel 4.1.15        busybox 

一、基本概念：

        1. 驱动分类


                1）字符设备驱动：按照单个字符扫描设备信息
                2）块设备驱动：按照块（512字节）扫描设备信息，用于存储设备
                3）网络设备驱动：需要网络协议栈支持TCP/IP、CAN

        2. 驱动编译


                1） 静态编译

                将驱动代码加入到zImage的内核中
                        在合适的内核目录下编写驱动代码 hello.c（/drive/char/）
                        修改Kconfig，新增配置项
                        make menuconfig 选中该配置项
                        对应配置项的CONFIG_XXX 会加入.config文件中‘
                        在驱动代码对应的Makefile中加入编译规则 obj-$(CONFIG_XXX ) += hello.o


                2）动态编译

                将驱动代码以模块的方式编译，动态加入内核或者从内核中去除
                        编写hello.c
                        修改Kconfig，新增配置项
                        通过make menuconfig 选择 M，以模式形式编译
                        对应配置项的CONFIG_XXX 会加入.config文件中 CONFIG_XXX =m
                        在Makefie中 obj-$(CONFIG_XXX )，以模块编译
                        make modules 内核会编译所有模块生成一个.ko驱动文件
                        将驱动文件动态加载到执行的内核中，从内核中去除该驱动模块


二、重点


1. uboot如何编译的？uboot的功能？

        1）解压uboot压缩包，并进入uboot源码目录

tar -zxvf uboot.tar.gz
cd uboot

        2）uboot图形界面是基于ncurses库编写的，所以需要先安装该库

sudo apt-get install libncurses5-dev

        3）编译uboot源码

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean    //清楚原来编译内容，包括.config
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- mx6ull_alientek_emmc_defconfig    //用默认配置生成.config,y表示加入编译
make V=0  ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j16    //编译
ARCH：指定目标硬件架构
CROSS_COMPILE：设置交叉编译工具链
V=0：控制编译输出的详细程度，0表示启动静默/精简输出模式，1表示完整的编译命令，便于调
试。


2. 内核如何编译？如何裁剪？

         编译：

                1） 先利用apt-get工具集下载安装lzop工具（必须保证apt-get源配置，请参考《apt-get源设置》，而且Ubuntu可以上公网，请参考《双网卡网络配置》） 

sudo apt-get install lzop

安装成功，后续可通过该工具生成zImage文件

                2） 将《驱动资料包\源码\内核》内核文件拷贝到Ubuntu系统中，并对文件进行解压缩。

tar -zxvf linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek.tar.gz

                  3）编译内核

cd linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek/
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean    //清除旧源
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_alientek_emmc_defconfig    //生成新的.config
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig    //微调
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16    //编译
distclean：表示清除之前的编译内容
imx_alientek_emmc_defconfig：将该配置作为内核的.config配置
menuconfig：通过图形界面配置.config
all -j16：通过16核编译代码
ARCH=arm：编译arm32位平台
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-：设置编译工具链

结果文件主要有2个：
        内核镜像文件：arch/arm/boot/zImage
        设备树文件：arch/arm/boot/dts/imx6ull-alientek-emmc.dtb文件

        裁剪：通过make menuconfig进行微调


3. 根文件系统如何制作？如何自启动？涉及哪些脚本？

        1）将源码拷贝到Ubuntu主机下。（我们可以从busybox官网下载源码，也可以直接使用我下载好的源码，文件在《驱动资料包\工具\busybox》目录下）        

        2）解压文件

tar -vxjf busybox-1.29.0.tar.bz2

        3）修改busybox顶层的Makefile

cd busybox-1.29.0/
vim Makefile

        4） 修改文件中的内容

修改
CROSS_COMPILE ?=
为
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-

修改
ARCH ?= $(SUBARCH)
为
ARCH ?= arm

        5） 配置busybox

make defconfig          //使用默认配置
make menuconfig         //打开图形化配置

        6）通过图形界面配置busybox工具

                配置路径如下：

Location:
-> Settings
-> Build static binary (no shared libs)

Location:
-> Settings
-> vi-style line editing commands

Location:
-> Linux Module Utilities
-> Simplified modutils

Location:
-> Linux System Utilities
-> mdev (16 kb) //确保下面的全部选中，默认都是选中的

           7） 创建一个用来存放生成根文件系统的目录，并编译busybox

mkdir /home/linux/nfs/rootfs                                        //创建存放
根文件系统的目录
make                                                                //编译
make install CONFIG_PREFIX=/home/linux/nfs/rootfs                   //安装
ls -l /home/linux/nfs/rootfs                                        //查看根文
件系统是否创建成功

        8）此时的文件系统还缺少了一些运行的库文件，需要将工具链中的libc库拷贝过去

cd /home/linux/nfs/rootfs
mkdir lib
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/libc/lib/*so* /home/linux/nfs/rootfs/lib/ -d
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/libc/lib/*.a /home/linux/nfs/rootfs/lib/ -d

        9）将符号链接库删除，并拷贝真实的库文件

rm /home/linux/nfs/rootfs/lib/ld-linux-armhf.so.3
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/libc/lib/ld-linux-armhf.so.3 /home/linux/nfs/rootfs/lib

        10）将工具链下的lib库拷贝过去

cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/lib/*so* /home/linux/nfs/rootfs/lib/ -d
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/lib/*.a /home/linux/nfs/rootfs/lib/ -d

        11）将工具链的usr/lib库拷贝过去

mkdir /home/linux/nfs/rootfs/usr/lib -p
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/libc/usr/lib/*so* /home/linux/nfs/rootfs/usr/lib -d
cp ~/tools/opt/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_arm-linux-gnueabihf/arm-linux-
gnueabihf/libc/usr/lib/*.a /home/linux/nfs/rootfs/usr/lib -d

        12）进入根目录文件系统查看这两个目录的大小

cd /home/linux/nfs/rootfs
du ./lib ./usr/lib -sh

与上图所示大小一样即为正确。

        13） 创建其余文件夹

mkdir dev
mkdir proc
mkdir mnt
mkdir sys
mkdir tmp
mkdir root
mkdir lib/modules

        14） 我们还需要完善下根我们系统中的配置文件，这些配置文件可以进一步完善Linux系统中的功能

                1. 创建/etc/init.d/rcS文件，并将文件修改为如下内容，该文件是一个shell脚本，Linux内核启动后需要启动的一些服务都可以通过该脚本进行配置

mkdir ~/nfs/rootfs/etc/init.d -p
touch ~/nfs/rootfs/etc/init.d/rcS
vim ~/nfs/rootfs/etc/init.d/rcS

        修改文件内容如下：

#!/bin/sh
PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin:$PATH
LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/lib:/usr/lib
export PATH LD_LIBRARY_PATH
mount -a
mkdir /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s

                2. 修改文件权限

chmod 0777 ~/nfs/rootfs/etc/init.d/rcS

                3. 创建/etc/fstab文件，并将文件修改为如下内容，在rcS脚本中执行mount -a，挂载所有文件系统，就会找到fstab文件，并进行文件挂载。

touch ~/nfs/rootfs/etc/fstab
vim ~/nfs/rootfs/etc/fstab

修改内容如下：

#
proc            /proc           proc    defaults    0       0
tmpfs           /tmp            tmpfs   defaults    0       0
sysfs           /sys            sysfs   defaults    0       0

                4. 创建/etc/inittab文件，该文件指定启动后一些代码的运行方式。

touch ~/nfs/rootfs/etc/inittab
vim ~/nfs/rootfs/etc/inittab

修改文件内容如下：

#etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
console::askfirst:-/bin/sh
::restart:/sbin/init
::ctrlaltdel:/sbin/reboot
::shutdown:/bin/umount -a -r
::shutdown:/sbin/swapoff -a

以上内容的格式为：

<id>:<runlevels>:<action>:<process>
<id>:每个指令的标识符，不能重复。对于busybox而言<id>用来指定启动进程的控制tty，一般
我们将串口或者LCD屏幕设置为控制tty。
<runlevels>:对busybox来说此项说明完成没用
<action>：动作，用于指定<process>可能使用到的动作。如下图所示
<process>:具体的动作，如程序、脚本、命令等。

action动作可配置为如下参数：

        15） 接下来就可以通过nfs挂载测试了。

根文件系统（rootfs）构建工具的实体信息：

busybox：用于生成轻量级、最基本的根文件系统（特点是缺少库、缺少软件）；

buildroot、yocto：可选择安装某些库、某些软件（用来扩展根文件系统的功能）。

用一张图来表示这个过程

开机自启动：代码写在/etc/init.d/rcS或者/etc/profile

4.总结


5. 内核驱动静态编译和动态编译的区别？

静态编译
将驱动代码直接编译进内核映像（如zImage），成为内核的一部分。驱动随内核启动自动加载，无法单独卸载或更新。适用于核心功能或必须常驻的驱动。

        优点：无需手动加载，性能略高；

        缺点：需重新编译内核才能更新驱动。

        动态编译
将驱动编译为独立模块（.ko文件），可动态加载或卸载。适用于非必需或需频繁调试的驱动。

        优点：灵活性高，便于调试；

        缺点：需手动管理模块依赖。

关键差异

        集成方式：静态编译直接嵌入内核，动态编译生成独立模块。

        维护性：动态编译支持热插拔，静态编译需全内核更新。

        使用场景：核心驱动用静态，可选功能或调试阶段用动态。

http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=18073

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