Linux驱动开发基础(二)
一、地址映射 1.MMU原理
MMU( Unit)：内存管理单元。
MMU主要功能：
①完成虚拟空间到物理空间的映射
②内存保护，设置存储器的访问权限，设置虚拟存储空间的缓冲特性
虚拟空间到物理空间的映射即地址映射。对于 32 位的处理器来说，虚拟地址(VA,
)范围是 2^32=4GB;阿尔法开发板上有512MB 的 DDR3，即物理内存。物理内存512MB经过 MMU 可以将其映射到整个 4GB 的虚拟空间。
Linux内核启动的时候会初始化MMU，设置好内存映射，CPU访问的都是虚拟地址。
在老版本的 Linux 中要求处理器必须有 MMU，但是现在Linux 内核已经支持无 MMU 的处理器了
2.内存映射函数
LInux初始化时开启了MMU，并且设置了内存映射，CPU只能访问虚拟地址，不能直接向寄存器地址写入数据，必须得到寄存器物理地址在Linux系统中对应的虚拟地址。物理内存和虚拟内存之间的转换，需要用到： 和 两个函数
①
函数用于获取指定物理地址空间对应的虚拟地址空间，定义在arch/arm//asm/io.h 文件中
#define ioremap(cookie,size) __arm_ioremap((cookie), (size),MT_DEVICE)void __iomem * __arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype)
{return arch_ioremap_caller(phys_addr, size, mtype, __builtin_return_address(0));
}是个宏定义，真正起作用的是函数。
：要映射给的物理起始地址()
size：要映射的内存空间大小
mtype： 的类型，可以选择 、 、 和 ， 函数选择
返回值： 类型的指针，指向映射后的虚拟空间首地址
获取某个寄存器对应的虚拟地址
# addr () // 物理地址
void * va; //指向映射后的虚拟空间首地址的指针
va=(addr, 4); // 得到虚拟地址首地址
阿尔法的寄存器是 4 字节，因此映射的内存长度为 4，映射完成后va进行读写操作,就是对物理地址寄存器操作。
②
卸载驱动的时需要使用 函数释放掉 函数所做的映射。
void iounmap (volatile void __iomem *addr)参数 addr：要取消映射的虚拟地址空间首地址
取消寄存器的映射地址：(va);
二、I/O内存访问函数
当外部寄存器或内存映射到 IO 空间时，称为 I/O 端口。当外部寄存器或内存映射到内存空间时，称为 I/O 内存。但是对于 ARM 来说没有 I/O 空间，因此 ARM 体系下只有 I/O 内存(可以直接理解为内存)。使用 函数将寄存器的物理地址映射到虚拟地址后，可以直接通过指针访问这些地址，但是 Linux 内核不建议这么做，而是推荐使用一组操作函数来对映射后的内存进行读写操作。
1.读操作函数
u8 readb(const void *addr)
u16 readw(const void *addr)
u32 readl(const void *addr)
readb、 readw 和 readl 分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 读操作，参数 addr 就是要读取写内存地址，返回值是读取到的数据
2.写操作函数
void (u8 value, void *addr)
void (u16 value, void *addr)
void (u32 value, void *addr)
、 和 分别对应 8bit、 16bit 和 32bit 写操作，参数 value 是要写入的数值， addr 是要写入的地址。
三、字符设备操作函数
在 Linux 中使用 cdev 结构体表示一个字符设备， cdev 结构体在 /linux/cdev.h 文件中
struct cdev {struct kobject kobj;struct module *owner;const struct file_operations *ops;struct list_head list;dev_t dev;unsigned int count;
};在 cdev 中有两个重要的成员变量： ops 和 dev，字符设备文件操作函数集合 以及设备号 dev_t。
1. 函数
函数对cdev进行初始化。
void ( cdev *cdev, const *fops)
cdev ：要初始化的 cdev 结构体变量
fops ：字符设备文件操作函数集合
2. 函数
函数用于向 Linux 系统添加字符设备(cdev 结构体变量)
int ( cdev *p, dev_t dev, count)
p :向要添加的字符设备(cdev 结构体变量)
dev :设备所使用的设备号
count :要添加的设备数量
3. 函数
使用 函数在卸载驱动时从 Linux 内核中删除相应的字符设备。
void ( cdev *p)
p ：要删除的字符设备
和 gion 这两个函数合起来相当于 函数
四、自动创建设备节点
使用加载驱动程序后还需要使用mknod指令创建设备节点。可以在驱动中实现自动创建设备节点的功能以后，使用 加载驱动模块成功的话就会自动在/dev 目录下创建对应的设备文件。
1.mdev机制
udev 是一个用户程序，在 Linux 下通过 udev 来实现设备文件的创建与删除， udev 可以检测系统中硬件设备状态，可以根据系统中硬件设备状态来创建或者删除设备文件。
使用 命令成功加载驱动模块后就会自动在/dev 目录下创建对应的设备节点文件,使用
rmmod 命令卸载驱动模块以后就删除掉/dev 目录下的设备节点文件。
使用 构建根文件系统的时， 会创建一个 udev 的简化版本—mdev，所以在嵌入式 Linux 中使用mdev 来实现设备节点文件的自动创建与删除， Linux 系统中的热插拔事件也由mdev 管理。
2.创建类和删除类
自动创建设备节点是在驱动程序的入口函数中完成的，一般在 函数后面添加自动创建设备节点相关代码。
首先要创建一个 class 类， class 是个结构体，定义在文件/linux/.h 里面
#define class_create(owner, name) \
({ \static struct lock_class_key __key; \__class_create(owner, name, &__key); \
})struct class *__class_create(struct module *owner, const char *name,struct lock_class_key *key)是类创建函数， 是个宏定义。展开以后如下：
struct class *class_create (struct module *owner, const char *name)
owner ：THIS_MODULE
name ：类名字
返回值：指向结构体 class 的指针，也就是创建的类卸载驱动程序的时需要删除掉类，类删除函数为
void class_destroy(struct class *cls);cls：要删除的类3.创建设备
创建好类后还不能实现自动创建设备节点，还需要在这个类下创建一个设备。使用 函数在类下面创建设备。
struct device *device_create(struct class *class,struct device *parent,dev_t devt,void *drvdata,const char *fmt, ...)是个可变参数函数
class ：设备要创建哪个类下面
：父设备，一般为 NULL，也就是没有父设备
devt 是设备号
：设备可能会使用的一些数据，一般为 NULL
fmt ：设备名字，如果设置 fmt=xxx 的话，就会生成/dev/xxx这个设备文件
返回值就是创建好的设备
卸载驱动的时需要删除掉创建的设备，设备删除函数为 ，
void ( class *class, dev_t devt)
class ：要删除的设备所处的类
devt ：要删除的设备号
注意：在卸载驱动时，要先删除设备，然后在在删除类。应该在创建设备时用了类。
五、文件私有数据
每个硬件设备都有一些属性，如主设备号(dev_t)，类(class)、设备()、开关状态(state)等等，在编写驱动的时可以将这些属性全部写成变量的形式。
对于一个设备的所有属性信息最好将其设置为一个结构体。
/* 设备结构体 */
struct test_dev{dev_t devid; /* 设备号 */struct cdev cdev; /* cdev */struct class *class; /* 类 */struct device *device; /* 设备 */int major; /* 主设备号 */int minor; /* 次设备号 */
};然后编写驱动 open 函数的时将设备结构体作为私有数据添加到设备文件中。在 open 函数里面设置好私有数据后，在 write、 read、 close 等函数中直接读取 即可得到设备结构体
