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从裸机编程到嵌入式Linux编程思想的转变------分而治之：驱动和应用程序

2019-07-12 21:11发布

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    笔者学习嵌入式Linux也有一段时间了，很奇怪的是很多书讲驱动编程方面的知识，也有很多书将ARM9方面的知识，但是从以前51形式的（对寄存器直接操作，初始化芯片的功能模块）编程方法，和思维模式，变换为基于Linux操作系统编程，讲这个思想转变的书几乎没有，让初学者走了很多弯路，撞了很多难墙。     笔者因此写上自己的学习心得，希望能给和我一样转变做嵌入式Linux这块的朋友一点帮助，早点入门，于愿足矣。     让我们一起回顾一下51形式的编程方法，以一个简单的LED例子:通过串口向其发送一串指令，让LED灯闪烁，闪烁频率由串口发送的指令决定。     于是我们开始编程：一开始各种初始化晶振，初始化要用的功能模块：UART，GPIO，定时器。那么就会通过设置寄存器的各种位，把UART配置为中断模式，GPIO对应的LED引脚为输出模式，用于控制LED灯的暗灭，最后初始化定时器，来控制暗灭的频率。相信有过嵌入式裸机编程经验的朋友们一定都觉得这很简单，但是如果跑上了操作系统，那又应该怎么办？     嵌入式Linux分为驱动层和应用程序层。什么意思？大家一定偶尔听过，对Linux设备的操作就像操作文件一样简单，打开，写入，关闭。听起来是很简单，听完就算了，也不知道到底说什么。     驱动层就相当于我们在51形式编程中的初始化功能模块，在Linux中，已经把所有函数封装好了。举例：笔者用的at91sam9260的芯片，现在我要把PB1 引脚设置为输出模式，且初始值为低电平，则调用系统封装好的函数： at91_set_gpio_output(AT91_PIN_PB1, 0);
    这个函数位于Linux内核源代码 arch/arm/mach-at91,（我用的是at91的芯片）要用到什么函数进去找。在arch/arm下有很多文件夹，以后需要自己根据自己的需求去选择相应的芯片找函数，这个笔者认为是Linux不人性化的地方，需要改进，只有有经验的工程师才能轻松找到，初学者真的要费很大精力。      而我们那些晶振时钟初始化就不用写了，在Linux操作系统运行的时候已经帮你初始化好了。还有串口也已经初始化好了，在Linux有专门的操作函数，大家可以看看Linux下串口操作的相关资料，这里不赘述。当然驱动层完成的还不只这些工作，剩下的工作在讲玩应用程序层之后再介绍。      应用程序层：这是一个完全与硬件无关的层次，就相当于我们51形式编程的逻辑层一样。那么我们怎么和驱动层打交道呢？大家回忆那句话：像操作文件一样，操作硬件设备。没错，我们就是操作文件。每个硬件设备驱动会有一个设备文件（一般要手动生成，自动生成要在驱动中写好也行）。例如我们为LED灯取一个设备文件名字为leds，然后在dev/leds生成这个设备文件，应用程序用open方法打开文件后，得到文件描述符fd，那么以后操作LED这个设备就是操作这个fd。 fd = open (“dev/leds”, flags);

     到底怎么操作fd才能像操作文件一样操作硬件设备呢？就是命令机制！通过一个非常重要的函数ioctl。看过我上几篇文章的朋友们一定知道这个函数，这就是应用程序和驱动程序的接口之一。     假设我们定义了命令 LED_ON和LED_OFF（定义命令的方法见前几篇文章），那么我们要让LED闪烁，在应用层只要写： while(1) { ioctl(fd,LED_ON); sleep(1); ioctl(fd,LED_OFF); sleep(1); }
 
    是在应用层看来这个是不是很简单？但是却苦了驱动层了。刚刚说到驱动层做的事情不只是初始化模块功能，不错她还有一个功能就是完善ioctl，根据相应的命令进行相应的动作。（ioctl是比较复杂的，这里只是举了一个最简单的例子，朋友们还是要多看一些书籍和实验），这里是不是连定时器的初始化都不用我们自己写，直接调用系统的休眠函数来达到延迟的目的咯~~~      让我们再次回到驱动层，驱动层就要完善这个ioctl了，因为驱动层可以直接对硬件操作，让输出高电平和低电平。 驱动的操作就比较复杂了，这里只能简单讲下概念了，因为这时已经是Linux设备驱动开发的内容了。      关于Linux设备驱动的总结文章，会在以后再写，建议大家可以看看国嵌的Linux视频，在电驴上资源很多，很多关于设备驱动开发的视频，搜的时候关键字为：嵌入式Linux      这篇文章的主要目的是让大家思想上从51形式的编程转变到嵌入式Linux编程思想，希望大家能转变过来思想，踏入嵌入式Linux之门！

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