Android深度探索与HAL驱动开发（卷1）-- 第七章随笔

Posted 2020-07-21

应用程序、库、内核、驱动程序的关系  

　　从上到下，一个软件系统可以分为：应用程序、库、操作系统（内核）、驱动程序。开发人员可以专注于自己熟悉的部分，对于相邻层，只需要了解它的接口，无需关注它的实现细节。以点亮LED为例，这4层软件的协作关系如下：

 

　　1、应用程序使用库提供的open函数打开代表LED的设备文件。  

　　2、库数据open函数传入的参数执行“swi”指令，这条指令会引起CPU异常，进入内核。   

　　3、内核的异常处理函数根据这些参数找到相应的驱动程序，返回一个文件句柄给库，进而返回给应用程序。 

　　4、应用程序得到文件句柄后，使用库提供的write或ioclt函数发出的控制命令。  

　　5、库根据write或ioclt函数传入的参数执行“swi”指令，这条指令会引起异常，进入内核。 

　　6、内核的异常处理函数根据这些参数调用驱动程序的相关函数，点亮LED。 

　　7、库（比如glibc）给应用程序提供的open、read、write、ioctl、mmap等接口函数被称为系统调用，它们都是设置好相关寄存器后，执行某条指令引发异常进入内核。对于ARM架构的 CPU，这条指令为swi。除系统调用接口外，库还提供其他函数，比如字符串处理函数（strepy、strcmp等)、输入/输出函数（scanf、printf等）、数据库，还有应用程序的启动代码等。 在异常处理函数中，内核会根据传入的参数执行各种操作，比如根据设备文件名找到对应的驱动程序，调用驱动程序的相关函数等。

 

LED驱动的实现原理

　　尽管Linux驱动直接与硬件打交道，但并不是Linux驱动直接向硬件中的内存写数据，而是与本机的I/O内存（I/O Memory，位于内核空间）进行交互。所谓I/O内存是通过各种借口（PCI、USB、蓝牙、以太网口等）连接到主机（PC、手机）的硬件（网卡、声卡、摄像头等）

　　在主机内存中的映射。 例如，在Ubuntu Linux上运行的驱动只需要访问运行Ubuntu Linux的主机中的I/O内存即可，然后Linux内核会利用I/O内存中的数据硬件交互。

　　Linux内核提供了多个与I/O内存交互的函数，如ioread16，ioread32，iowrite16，iowrite32等。Linux内核的内存管理模块负责同步I/O内存与硬件中的数据。原理如图：

 

　　每一个连接Linux的硬件在I/O内存中都会有映射首地址。在使用ioread32、iowrite32等函数读写I/O内存是需要指定这些首地址。开发板上的LED也有其映射首地址。