Linux经过不断的发展,原先嵌入式系统的三层结构逐步演化成为一种四层结构。 这个新增加的中间层次位于操作系统和硬件之间,包含了系统中与硬件相关的大部分功能。通过特定的上层接口与操作系统进行交互,向操作系统提供底层的硬件信息;并根据操作系统的要求完成对硬件的直接操作。 由于引入了一个中间层次,屏蔽了底层硬件的多样性,操作系统不再直接面对具体的硬件环境。而是面向由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境。 因此,把这个中间层次叫做硬件抽象层 HAL(Hardware Abstraction Layer)。在目前的嵌入式领域中通常也把HAL叫做板级支持包 BSP(Board Support Package)。 尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用,而是在系统初始化过程中由BSP把它们与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来, 并在随后的应用中由通用的设备驱动程序调用,实现对硬件设备的操作。 BSP的引入大大推动了嵌入式实时操作系统的通用化,从而为嵌入式系统的广泛应用提供了可能。
不同的嵌入式系统初始化所涉及的内容各不相同,复杂程度也不尽相同。 但是初始化过程总是可以抽象为三个主要环节,按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为:片级初始化、板级初始化和系统级初始化。
(1)片级初始化:主要完成CPU的初始化,包括设置CPU的核心寄存器和控制寄存器,CPU核心工作模式以及CPU的局部总线模式等。片级初始化把CPU从上电时的缺省状态逐步设置成为系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。
(2)板级初始化:完成CPU以外的其他硬件设备的初始化。除此之外,还要设置某些软件的数据结构和参数【就是那些操作设备时要用的函数】,为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
(3)系统级初始化:这是一个以软件初始化为主的过程,主要进行操作系统初始化。BSP将控制转交给操作系统,由操作系统进行余下的初始化操作。包括加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序,建立系统内存区,加载并初始化其他系统软件模块,比如网络系统、文件系统等;最后,操作系统创建应用程序环境并将控 制转交给应用程序的入口。
经过以上三个层次的操作,嵌入式系统运行所需要的硬件和软件环境已经进行了正确设置,从这里开始,高层的实时应用程序可以运行了。
因为BSP具有操作系统相关性,因此,不同的操作系统会使用不同的文件完成类似的初始化操作。 BSP中硬件相关的设备驱动程序随操作系统的不同而具有比较大的差异,设计过程中应参照操作系统相应的接口规范。
BSP的开发不仅需要具备一定的硬件知识,例如CPU的控制、中断控制器的设置、内存控制器的设置及有关的总线规范等;同时还要求掌握操作系统所定义的BSP接口。 另外,在BSP的初始化部分通常会包含一些汇编代码,因此还要求对所使用的CPU汇编指令有所了解,例如X86的汇编和PowerPC的汇编指令等;对于某些复杂的BSP还要了解所使用的开发工具,例 如GNU、Diab Data等。
所以，不要妄图自己从头写。
在设计BSP时,首先选择与应用硬件环境最为相似的参考设计,例如Motorola的ADS系列评估板等。针对这些评估板,不同的操作系统都会提供完整 的BSP,这些BSP是学习和开发自己BSP的最佳参考。
针对具体应用的特定环境对参考设计的BSP进行必要的修改和增加,就可以完成简单的BSP设计。
下面以设计pSOS操作系统的BSP初始化过程为例。pSOS系统初始化的层次非常清晰,与初始化过程相对应的是以下三个文件:
1)init.s :对应于片级初始化;完成CPU的初始化操作,设置CPU的工作状态;
2)board.c :对应于板级初始化;继续CPU初始化,并设置CPU以外的硬件设备;
3)sysinit.c :对应于系统级初始化;完成操作系统的初始化,并启动应用程序。
以参考BSP为切入点,针对初始化过程的具体环节,在对应的文件中进行某些参数的修改及功能的增加就可以实现BSP的系统初始化功能。
嵌入式BSP层介绍
Linux内核中有很多BSP（板级支持包），不同的BSP会包含着不同的描述设备的代码（.c或.h-文件）。
随着芯片的发展，Linux内核中就包含着越来越多这些描述设备的代码，导致Linux内核代码会很臃肿。
现在的BSP开发应该就是驱动开发了。肯定也要会设备树啦。
Bsp开发的几个层次
ARM Linux设备树之三（由设备树引发的BSP和驱动变更）【BSP的代码与设备树代码的一一对比】
在以前不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息（一般在平台文件中写），然后使用 platform_device_register将驱动注册到内核中
不再使用时可以通过platform_device_unregister注销掉对应的platform设备
引入设备树以后我们就不用写设备资源文件了，只需要在设备树中添加一个节点
platform_device代码所包含的resource现在都在设备树的.dts中设备节点的reg、interrupts属性里，会由内核自动读取。如下
gpioled {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-gpioled";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio_leds>;
led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};
我们添加了一个gpioled 节点，我们要注意它的compatible 属性"atkalpha-gpioled"，在驱动中我们要设置匹配表
static const struct of_device_id led_of_match[] = {
{ .compatible = "atkalpha-gpioled"},
{ /**/ }
};
我们将匹配表设置只有一项设备，就是我们在设备树中定义的节点
然后定义platform_driver，将匹配表初始化到platform_driver
static struct platform_driver led_driver = {
.driver = {
.name = "im6ul-led",
.of_match_table = led_of_match,
},
.probe = led_probe,
.remove = led_remove,
};
这样当驱动加载到内核后，就会进行匹配，匹配成功的话才会执行probe函数，在probe函数中做设备、驱动的初始化。
Linux驱动开发（十）：设备树下的platform平台设备驱动
Linux设备树相关操作
整理了一份Linux设备树基础知识！
设备树的文档资料十分详尽，基本上看着文档就可以进行配置，设备树文档对每一个需要配置的地方都有详细的解释以及示例
Documentation/devicetree/usage-model.txt
文件分为dts和bingings
bindings包含设备树用到的所有宏定义，都放到bindings目录下
dts分为dts和dtsi文件，dts是板级文件，dtsi是“平台文件”，另外还有使用文档在Documentation/devicetree
这里的平台文件是指支持的不止一块板子而是一类板子
.dts描述板级信息（有哪些IIC设备、SPI设备等）
.dtsi描述SOC级信息
DTS是设备树源码文件
DTB是将DTS编译后得到的二进制文件
将.dts编译为.dtb需要DTC文件 工具源码在scripts/dtc目录下
在源码文件夹中执行make dtbs就可以进行设备树的编译
4412开发板的设备树文件：arch/arm/boot/dts/exynos4412-itop-elite.dts
总之我们系统使用的设备树文件都存在目录/boot下：
随便截取的例子
/{
compatible = "nvidia,harmony", "nvidia,tegra20";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
interrupt-parent = <&intc>;
chosen { };
aliases { };
memory { 【内存也是一个节点
device_type = "memory";
reg = <0x00000000 0x40000000>;
};
soc { 【SOC 平台级别的设备信息【大概吧
compatible = "nvidia,tegra20-soc", "simple-bus";【在内核里可以匹配上的"厂商，驱动名" 写在前面的会先被匹配
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges;
intc: interrupt-controller@50041000 { 【简称intc
compatible = "nvidia,tegra20-gic";
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <1>;
reg = <0x50041000 0x1000>, < 0x50040100 0x0100 >;
};
serial@70006300 {
compatible = "nvidia,tegra20-uart";
reg = <0x70006300 0x100>;
interrupts = <122>;
};
i2s1: i2s@70002800 {
compatible = "nvidia,tegra20-i2s";
reg = <0x70002800 0x100>;
interrupts = <77>;
codec = <&wm8903>;
};
i2c@7000c000 { 【设备节点的名字@节点的寄存器地址
compatible = "nvidia,tegra20-i2c";
#address-cells = <1>;【指reg的地址信息的长度 单位是 32位
#size-cells = <0>;【诶，怎么会是0
reg = <0x7000c000 0x100>;
interrupts = <70>;
【i2c的子节点有codec
wm8903: codec@1a {
compatible = "wlf,wm8903";
reg = <0x1a>;
interrupts = <347>;
};
};
};
sound {
compatible = "nvidia,harmony-sound";
i2s-controller = <&i2s1>;
i2s-codec = <&wm8903>;
};
};
{}框起来的，称为节点
/{}在dts的最开头，称为根节点
节点的标准结构是xxx@yyy{ … }
xxx是节点的名字，yyy则不是必须的，其值为节点的地址（寄存器地址或其他地址）
label：node-name@unit-address
引入label的目的是为了方便访问节点，可以直接通过&label来访问这个节点
节点可以包含属性和子节点 【也就是说，名称前面加了&的都是已经在设备树里定义过了的节点】
设备树学习的主要部分：设备树文件中的属性的配置，驱动文件中调用设备树中的属性
类似设备名称，兼容性属性，字符串列表，用于将设备和驱动绑定起来
格式：“manufacturer,model”
其中manufacturer表示厂商，model一般是模块对应的驱动名字
一般的驱动程序文件都会有一个OF匹配表，此OF匹配表保存着一些compatible值，如果设备节点的compatible属性值和OF匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这个驱动
字符串，设备的状态
都是无符号32位整型，可以用在任何拥有子节点的设备中
用于描述子节点的地址信息
#address-cells决定子节点reg属性中地址信息所占用的字长（32位）
#size-cells决定了子节点reg属性中长度信息所占用的字长（32位）
一般这两个都是1
这两个属性表明了子节点应该如何编写reg属性值。一般reg属性都是和地址相关的内容
reg=<address1 length1 address2 length2 address3 length3……>
用于描述设备地址空间资源信息
一般都是某个外设的寄存器地址范围信息
ranges是一个地址映射/转移表，可以为空，啥事没有。
或者按照（child-bus-address,parent-bus-address,length）格式编写的数字矩阵
这个表的每个项目由字地址、父地址和地址空间长度三部分组成
child-bus-address：子总线地址空间的物理地址，由父节点的#address-cells确定所占用字长
parent-bus-address：父总线空间的物理地址，同样由父节点的#address-cells确定所占用字长
length：子地址空间的长度，由父节点的#size-cells确定所占用字长
【可是哪些节点需要什么属性啊？完全不懂。而且什么时候要 在根目录外 再次引用某个外设啊？
/proc/device-tree/ 目录下是根据节点名字创建的不同文件夹
就是将设备树分级存储
每个文件夹就是一个节点，里面包含这个节点的属性以及它所包含的子节点
of是open firmware的缩写，意为开放固件，是定义计算机固件系统接口的标准
ARM的设备树操作就遵守open firmware标准
OF操作函数是编写驱动时获取设备树信息调用的函数
定义在include/linux/of.h文件中
1、of_find_node_by_name
通过子节点名字查找子节点
2、of_find_node_by_type
通过子节点类型查找子节点，device_type 【这个type好像被淘汰了，只有CPU和memory在用【大概】
3、of_find_compatible_node
根据device_type和compatible查找子节点，device_type可以设置为NULL
4、of_find_matching_node_and_match
通过of_device_id匹配表来查找指定的节点
5、of_find_node_by_path
通过路径来查找指定节点
1、of_get_parent
父节点
2、of_get_next_child
迭代地查找子节点
节点的属性信息里面保存了驱动所需要的内容，因此对于属性值的提取非常重要， Linux内核中使用结构体 property表示属性
下面的一系列函数大部分是读取设备树中保存的数值，格式是of_property_read_##数据类型
1 、of_find_property
用于查找指定的属性
2、of_property_count_elems_of_size
函数用于获取属性中元素的数量，比如 reg属性值是一个数组，那么使用此函数可以获取到这个数组的大小
3、of_property_read_u32_index
函数用于从属性中获取指定标号的 u32类型数据值 (无符号 32位 )，比如某个属性有多个 u32类型的值，那么就可以使用此函数来获取指定标号的数据值
4、读取数组数据的函数
of_property_read_u8_array
of_property_read_u16_array
of_property_read_u32_array
of_property_read_u64_array
这 4个函数分别是将属性中 u8、 u16、 u32和 u64类型的数组数据全部读取出来，比如大多数的 reg属性都是数组数据，可以使用这 4个函数一次读取出 reg属性中的所有数据。
5 、读取整型值属性的函数
of_property_read_u8
of_property_read_u16
of_property_read_u32
of_property_read_u64
6、of_property_read_string
用于读取属性中字符串值
7、of_n_addr_cells
函数用于获取 #address-cells属性值
8、 of_n_size_cells
函数用于获取 #size-cells属性值
1、of_device_is_compatible
函数用于查看节点的 compatible属性是否有包含 compat 指定的字符串，也就是检查设备节点的兼容性【就是驱动匹配的时候查吧】
2、of_get_address
函数用于获取地址相关属性，主要是“ reg”或者 assigned-addresses”属性值
3、of_translate_address
函数负责将从设备树读取到的地址转换为物理地址
4、of_address_to_resource
函数是从设备树中提取资源值，本质上就是取reg属性值然后将其转换为resource结构体类型
IIC、 SPI、 GPIO等这些外设都有对应的寄存器，这些寄存器其实就是一组内存空间， Linux 内核使用 resource结构体来描述一段内存空间 ， resource结构体定义在文件 include/linux/ioport.h中
对于 32位的 SOC来说， resource_size_t是 u32类型的。其中 start表示开始地址， end表示结束地址， name是这个资源的名字， flags是资源标志位，一般表示资源类型，可选的资源标志也定义在文件 include/linux/ioport.h中
一般最常见的资源标志是IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_REG和IORESOURCE_IRQ等
5、of_iomap
函数用于直接内存映射，以前我们会通过 ioremap函数来完成物理地址到虚拟地址的映射，采用设备树以后就可以直接通过 of_iomap函数来获取物理地址所对应的虚拟地址，不需要使用 ioremap函数了。
当然ioremap函数也是可以使用的，只是在采用了设备树后，大部分的驱动都使用了of_iomap函数
Linux设备树详解【有设备树的编写和获取资源的函数调用】
本小节摘抄自下文教程
Linux驱动开发（十九）：SPI驱动
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进行Linux驱动开发
我们使用的模块是正点原子开发板上板载的icm20608六轴传感器模块
可以读到的数据为温度、3轴加速度、3轴角速度数据
设备驱动开发的流程分为 修改设备树、编写驱动程序、编写应用程序 三个部分
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应用程序就是从模块读取数据并打印
filename = argv[1];///指定设备路径 dev/SPI设备名 运行代码
fd = open(filename, O_RDWR);///这俩需要先挂载设备和驱动 匹配驱动
ret = read(fd, databuf, sizeof(databuf)); ///从内核取出设备的缓冲区里的内容
if(ret == 0) { /* 数据读取成功 */
gyro_x_adc = databuf[0];
gyro_y_adc = databuf[1];
gyro_z_adc = databuf[2];
accel_x_adc = databuf[3];
accel_y_adc = databuf[4];
accel_z_adc = databuf[5];
temp_adc = databuf[6];
close(fd); /* 关闭文件 */
static int icm20608_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &icm20608dev;
return 0;
}
static ssize_t icm20608_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *off)
{
signed int data[7];
long err = 0;
struct icm20608_dev *dev = (struct icm20608_dev *)filp->private_data;
///获取设备里的数据
icm20608_readdata(dev);///这个函数是在这个.c文件里层层封装的【而且这篇文章把很多寄存器地址写在了驱动文件里，不知道这样的操作规不规范。】，具体流程如下
/*
SPI数据传输的步骤
1、申请并初始化 spi_transfer，设置 spi_transfer的 tx_buf成员变量， tx_buf为要发送的数据。然后设置 rx_buf成员变量， rx_buf保存着接收到的数据。最后设置 len成员变量，也就是要进行数据通信的长度。
2、使用 spi_message_init函数初始化 spi_message【不知道这个函数的内容】
3、使用 spi_message_add_tail函数将前面设置好的 spi_transfer添加到 spi_message队列中。
4、使用 spi_sync函数完成 SPI数据同步传输。
*/
data[0] = dev->gyro_x_adc;///按自己的格式存好
data[1] = dev->gyro_y_adc;
data[2] = dev->gyro_z_adc;
data[3] = dev->accel_x_adc;
data[4] = dev->accel_y_adc;
data[5] = dev->accel_z_adc;
data[6] = dev->temp_adc;
err = copy_to_user(buf, data, sizeof(data));///发到用户层，给应用程序读取使用
return 0;
}
static int icm20608_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{///卸载驱动、关闭class的代码在icm20608_remove函数里
return 0;
}
结构体
struct icm20608_dev {
dev_t devid;
struct cdev cdev;
struct class *class;
struct device *device;
struct device_node *nd;
int major;
void *private_data;
int cs_gpio;//SPI CS Pin
signed int gyro_x_adc;
signed int gyro_y_adc;
signed int gyro_z_adc;
signed int accel_x_adc;
signed int accel_y_adc;
signed int accel_z_adc;
signed int temp_adc;
};
static struct icm20608_dev icm20608dev;
static const struct spi_device_id icm20608_id[] = {
{"alientek,icm20608", 0},
{}
};
static const struct of_device_id icm20608_of_match[] = {
{.compatible = "alientek,icm20608" },
{}
};
static struct spi_driver icm20608_driver = {
.probe = icm20608_peobe,
.remove = icm20608_remove,
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "icm20608",
.of_match_table = icm20608_of_match,
},
.id_table = icm20608_id,
};
static int icm20608_peobe(struct spi_device *spi)
{///太长了，去原文看
/*1.get device id*/
/*2.register device*/
/*3.create class*/
/*4.create device*/
/*5.get cs from dts*/
/*6.get gpio property from dts*/
/*7.set gpio output and set high*/
/*8.init spi_device*/
/*9.init ICM20608 inside register*/
return 0;
}
static int icm20608_remove(struct spi_device *spi)
{
/*delete device*/
cdev_del(&icm20608dev.cdev);
unregister_chrdev_region(icm20608dev.devid, ICM20608_CNT);
/*unregister class and device*/
device_destroy(icm20608dev.class, icm20608dev.devid);
class_destroy(icm20608dev.class);
return 0;
}
pinctrl_ecspi3: ecspi3grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART2_RTS_B__ECSPI3_MISO 0x100b1 /* MISO*/
MX6UL_PAD_UART2_CTS_B__ECSPI3_MOSI 0x100b1 /* MOSI*/
MX6UL_PAD_UART2_RX_DATA__ECSPI3_SCLK 0x100b1 /* CLK*/
MX6UL_PAD_UART2_TX_DATA__GPIO1_IO20 0x100b0 /* CS*/
>;
};
该传感器连接在SPI3上
&ecspi3 {
fsl,spi-num-chipselects = <1>;
cs-gpio = <&gpio1 20 GPIO_ACTIVE_LOW>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi3>;
status = "okay";
spidev: icm20608@0 {
compatible = "alientek,icm20608"; ///查找主机驱动
spi-max-frequency = <8000000>;
reg = <0>;
};
};
fsl,spi-num-chipselects 属性为1，表示只有一个设备
cs-gpios 表示片选信号为gpio1 的某个引脚【本文没有配置cs-gpios而是用了一个自己定义的cs-gpio（不带s），因为我们要自己控制片选引脚，如果使用cs-gpios属性点额话SPI主机驱动就会控制片选引脚】
pinctrl-names就是SPI设备使用的IO名字
pinctrl-0 所使用的IO对应的pinctrl节点 【引用了上面定义的pinctrl 【就是这个SPI用的四个引脚】】
status 设置为okay
icm20608@0 设备为icm20608，0表示icm20608接到了ECSPI的通道0上
compatible SPI设备用于匹配驱动的标识
spi-max-frequency 设置SPI控制器的最高频率，要根据所使用的SPI设备来设置，icm20608的SPI口最大支持8M
reg 表示使用ECSPI的通道0
C语言的宏的#的用法
两个## 分割出变量
#define A1(name, type) type name_##type##type
#define A2(name, type) type name####type##_typeA1(a1, int); /* 等价于: int name_int_type; /
A2(a1, int); / 等价于: int a1_int_type; */单独一个#，则表示对这个变量替换后，再加双引号引起来。比如
#define __stringify_1(x) #x
那么
__stringify_1(linux) <==> “linux”
宏定义中的#,##
4412开发板学习之Linux驱动开发（九）：中断控制及按键中断实现