Linux驱动学习-优快云博客

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linux面试_设备树面试问题-优快云博客

1 设备树

在内核源码中，存在大量对板级细节信息描述的代码。这些代码充斥在/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx目录，对内核而言这些platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各种硬件的platform_data绝大多数纯属垃圾冗余代码。为了解决这一问题，ARM内核版本3.x之后引入了原先在Power PC等其他体系架构已经使用的Flattened Device Tree。

总结：在arm3.0之后引入了设备树的概念，设备树就是板级细节信息描述的代码，，开源文档：一种描述硬件资源的数据结构。通过bootload讲硬件资源传输给内核，让内核和硬件资源相对独立

设备树结构：

根节点、子节点和属性。根节点是整个设备树的入口点，它代表了整个硬件系统。子节点是根节点的子级节点，代表了系统中的各个设备和子系统。每个节点都可以包含多个属性，用于描述设备的配置和特性。

设备树包含DTC（device tree compiler），DTS（设备树语法）（device tree source和DTB（device tree blob）。

DTS（device tree source）

DTS是一种ASCII文本格式的设备树描述，在ARM Linux中，一个dts文件对应一个ARM的设备，该文件一般放在arch/arm/boot/dts/目录中。

DTC（device tree compiler）

DTC是将.dts编译为.dtb的工具，相当于gcc。

DTB（device tree blob）

dtb文件是.dts 被 DTC 编译后的二进制格式的设备树文件，它由Linux内核解析，也可以被bootloader进行解析。

dts 是一种ASCII文件：

在内核中编程device_node (每个节点都会变成这个)

Dtb展开成Device_node时，内核还是不能直接使用，内核要将Device_node转换成

platform_device才可以开始使用

内存映射

mmap 是一个在 Linux 系统上用于内存映射的函数，它允许程序将一个文件或其他对象映射进内存空间，就像访问内存一样直接操作该对象。mmap 主要用于文件的输入/输出操作，以及共享内存。

操作GPIO管脚的控制多种种基本方式

1 shell命令：

echo "out" > /sys/class/gpio/gpio23/direction # 设置为输出
# 或者
echo "in" > /sys/class/gpio/gpio23/direction # 设置为输入

2 devmem2

3 系统调用

4 io命令（io -r -4 -寄存器地址）

bootloader

bootloader和uboot的区别？
bootloader是启动装载。这是一段很小的程序，用于在系统上电启动初期运行，
初始化关键接口，如内存，串口，关闭中断，关闭看门狗，引导系统进入内核
的一段初始化的程序。它主要任务就是将内核映像从硬盘读到RAM中，然后跳转
到内核的入口点去运行内核，从而建立系统运行的必要环境。
uboot：是bootloader的一种

编写驱动程序的一般方法

编写驱动程序的套路：

① 确定主设备号，也可以让内核分配

② 定义自己的 file_operations 结构体

③ 实现对应的 drv_open/drv_read/drv_write 等函数，填入 file_operations 结构体

④ 把 file_operations 结构体告诉内核：register_chrdev

⑤ 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数

⑥ 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，出口函数调用 unregister_chrdev

⑦ 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点：class_create, device_create

⚫ 驱动怎么操作硬件？

◼ 通过 ioremap 映射寄存器的物理地址得到虚拟地址，读写虚拟地址。

⚫ 驱动怎么和 APP 传输数据？

◼ 通过 copy_to_user、copy_from_user 这 2 个函数。

IIC驱动框架

设备树中添加总线以及总线下的从设备

I2C驱动有4个重要的东西，I2C总线、I2C驱动、I2C设备、I2C设备器

I2C总线：维护驱着两个链表（I2C动、I2C设备），管理I2C设备和I2C驱动的匹配和删除等
I2C驱动：对应的就是I2C设备的驱动程序
I2C设备：是具体硬件设备的一个抽象
I2C设配器：用于I2C驱动和I2C设备间的通用，是SOC上I2C控制器的一个抽象

1、注册I2C驱动
2、将I2C驱动添加到I2C总线的驱动链表中
3、遍历I2C总线上的设备链表，根据i2c_device_match函数进行匹配，如果匹配调用i2c_device_probe函数
4、i2c_device_probe函数会调用I2C驱动的probe函数

SPI驱动框架

控制器驱动程序层叫 spi_master ，主要提供transfer函数，进行spi协议的收发。spi_master 也是基于 Platform 模型的，注册 spi_master 时也会扫描一个链表进行注册设备

另一层是设备驱动层，基于 spi_bus_type，相比 i2c 在device中需要提供的信息多一些，需要有名字、片选、最大速率、模式、中断号等等，在driver里则使用spi_read、spi_writer 等函数，最终也会调用到 master->transfer 函数进行发送接收。

相比 I2C ，SPI驱动的框架是要简单的，因为它少了两种注册device的方式，另外它不需要像I2C一样去发送Start信号和设备地址去探测设备，SPI只需要片选选中就行了。但是它的底层收发的控制，相对I2C要复杂一点，毕竟4根线。

网络编程

在linux网络编程中给TCP和udp是传输层的主要协议

TCP：

TCP是一种面向连接的协议，它通过三次握手建立连接，然后在连接上进行可靠的数据传输。TCP使用序列号和确认应答（ACK）来保证数据的可靠传输，通过滑动窗口和拥塞控制算法进行流量控制和拥塞控制。

UDP的原理

相比于TCP，UDP是一种更简单的协议。UDP是无连接的，它直接在IP协议之上发送数据报，不提供数据的可靠传输、流量控制或拥塞控制。因此，UDP的延迟和开销较小，适用于对实时性要求高的应用，如语音和视频通信。

使用的是Socket通信进行上述网络通信的

TCP通信详解

在TCP通信中，我们首先需要建立一个TCP连接，然后才能在这个连接上进行数据传输。以下是

TCP通信的详细步骤和时序图：

服务器执行socket()函数，创建一个新的套接字。
服务器执行bind()函数，将套接字绑定到一个指定的地址（包括IP地址和端口号）。
服务器执行listen()函数，使套接字进入监听模式，等待客户端的连接请求。
服务器执行accept()函数，阻塞并等待客户端的连接请求。当一个客户端连接请求到来时，accept()函数返回，并创建一个新的套接字与客户端进行通信。
客户端执行socket()和connect()函数，向服务器发起连接请求。connect()函数会发送一个SYN（同步）数据包到服务器。
服务器收到SYN数据包，在accept()函数返回后，回复一个SYN+ACK（确认应答）数据包给客户端。
客户端收到SYN+ACK数据包，回复一个ACK数据包给服务器，完成TCP连接的建立。
TCP连接建立后，客户端和服务器可以通过read()和write()函数进行数据传输。

与TCP不同，UDP是一种无连接的协议，客户端和服务器不需要建立连接就可以直接发送数据。以下是UDP通信的详细步骤：

服务器执行socket()函数，创建一个新的套接字。
服务器执行bind()函数，将套接字绑定到一个指定的地址（包括IP地址和端口号）。
客户端执行socket()函数，创建一个新的套接字。
客户端可以直接通过sendto()函数发送数据到服务器。
服务器通过recvfrom()函数接收客户端发送的数据。

多线程编程

多线程编程是一种利用操作系统的多任务处理机制，以实现程序并发执行的编程模型。

在Linux中，线程是通过pthread库来实现的。线程的创建和管理都是通过pthread库提供的函数完成的。以下是一个简单的线程创建示例：

【Linux】多线程详解，一篇文章彻底搞懂多线程中各个难点！！！_linux多线程-优快云博客

linux内核中是没有线程这个概念的，而是轻量级进程的概念：LWP。一般我们所说的线程概念是C库当中的概念。

1.1线程是怎样描述的？
线程实际上也是一个task_struct，工作线程拷贝主线程的task_struct，然后共用主线程的mm_struct。线程ID是在用task_struct中pid描述的，而task_struct中tgid是线程组ID，表示线程属于该线程组，对于主线程而言，其pid和tgid是相同的，我们一般看到的进程ID就是tgid。

1.2如何查看一个线程的ID

命令：ps -eLf

每一个线程，默认在共享区中占有的空间为8M

1.4.1线程带来的优势
线程会共享内存地址空间。
创建线程花费的时间要少于创建进程花费的时间。
终止线程花费的时间要少于终止进程花费的时间。
线程之间上下文切换的开销，要小于进程之间的上下文切换。
线程之间数据的共享比进程之间的共享要简单。
充分利用多处理器的可并行数量。（线程会提高运行效率，但当线程多到一定程度后，可能会导致效率下降，因为会有线程调度切换。）