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Linux作為一種自由和開源的操作系統(tǒng)，被廣泛運用在各種領(lǐng)域，包括服務(wù)器、移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等。相比于其他操作系統(tǒng)，Linux作為一種開源系統(tǒng)，其驅(qū)動最為全面，但也同樣面臨著許多的開發(fā)難題。針對這些問題，我們需要一些助力Linux驅(qū)動開發(fā)的工具，以便更加輕松地進(jìn)行開發(fā)工作。
Linux驅(qū)動開發(fā)的瓶頸
對于Linux的驅(qū)動開發(fā)人員而言，更大的困難在于缺乏完善的調(diào)試工具。相比于Windows開發(fā)平臺，Linux平臺的調(diào)試工具缺乏，因此在開發(fā)中很難進(jìn)行代碼跟蹤，和參數(shù)調(diào)試。這就導(dǎo)致了開發(fā)過程中的錯誤很難定位和修復(fù)。另外，由于Linux內(nèi)核升級比較頻繁，在每次升級內(nèi)核時，都需要重新編譯調(diào)試驅(qū)動程序，這無疑會對驅(qū)動的開發(fā)效率產(chǎn)生影響。
Linux調(diào)試工具的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著Linux發(fā)展的進(jìn)程，越來越多的工具被開發(fā)出來，用于協(xié)助驅(qū)動程序的開發(fā)和調(diào)試。目前，Linux調(diào)試工具主要分為以下幾類：
1. Trace-cmd
Trace-cmd是一個處理系統(tǒng)跟蹤的工具，其中包含了一些可視化實用工具。通過使用Trace-cmd，用戶可以確定應(yīng)用程序和內(nèi)核活動的期間性、頻繁性以及事件之間的相互作用。
2. LTTng
LTTng是一個用于跟蹤Linux內(nèi)核運行的框架和工具。它包含了Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核中各個部分的跟蹤點。使用LTTng跟蹤的數(shù)據(jù)可以用于診斷性能問題，分析應(yīng)用程序行為等。
3. GDB
GDB是GNU調(diào)試器，支持C、C++、Fortran、匯編等多種語言，并針對每款語言進(jìn)行了專門設(shè)計。通過GDB，Linux驅(qū)動開發(fā)者可以進(jìn)行代碼的調(diào)試和錯誤排查。
4. Kdump
Kdump是一個用于捕獲操作系統(tǒng)崩潰轉(zhuǎn)儲的機(jī)制，它包含了多個組件，包括內(nèi)核、initramfs和kexec-tools等。Kdump可以在捕獲轉(zhuǎn)儲信息后重啟系統(tǒng)，并給出錯誤報告。
使用調(diào)試工具提高Linux驅(qū)動開發(fā)效率
使用以上調(diào)試工具可以幫助開發(fā)者解決Linux驅(qū)動開發(fā)過程中所面臨的挑戰(zhàn)，同時加速驅(qū)動程序開發(fā)的過程，提高開發(fā)效率。以下是一些調(diào)試工具使用的細(xì)節(jié)和注意事項：
1. Trace-cmd使用細(xì)節(jié)
Trace-cmd非常適用于對于Linux內(nèi)核下系統(tǒng)跟蹤的分析，可以獲取關(guān)于內(nèi)核運行的統(tǒng)計信息，并將其輸出成簡單的文本格式或其他格式。
2. LTTng使用細(xì)節(jié)
LTTng可以幫助開發(fā)者記錄跟蹤信息，以便進(jìn)行分析和調(diào)試。使用LTTng，開發(fā)者可以記錄系統(tǒng)調(diào)用、中斷等內(nèi)核事件，并進(jìn)行分析。
3. GDB使用細(xì)節(jié)
GDB可以幫助開發(fā)者在編譯期間的調(diào)試過程中定位問題點，通過設(shè)置斷點等操作進(jìn)行調(diào)試。
4. Kdump使用細(xì)節(jié)
Kdump可以幫助開發(fā)者在出現(xiàn)崩潰或異常時捕獲信息，便于進(jìn)行錯誤排查。開發(fā)者需要注意的是在使用Kdump時需要對硬件和內(nèi)核版本等條件進(jìn)行特定設(shè)置。
綜上，Linux驅(qū)動開發(fā)需要哪些工具，如何使用這些工具做到高效率、高實用性的開發(fā)影響我們的音頻、視頻、直播、、物聯(lián)網(wǎng)等等領(lǐng)域，也決定了我們的信息化建設(shè)水平。因此，在接下來的Linux驅(qū)動開發(fā)中，我們需要重視調(diào)試工具的使用和探索，以達(dá)到更好的開發(fā)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 如何編寫Linux設(shè)備驅(qū)動程序
- linux中有沒有類似驅(qū)動精靈的軟件
如何編寫Linux設(shè)備驅(qū)動程序
如何編寫Linux設(shè)備驅(qū)動程序
回想學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)已經(jīng)有近一年的時間了，前前后后，零零碎碎的一路學(xué)習(xí)過來，也該試著寫的東西了。也算是給自己能留下一點記憶和回憶吧！由于完全是自學(xué)的，以下內(nèi)容若有不當(dāng)之處，還請大家多指教。
Linux是Unix操作系統(tǒng)的一種變種，在Linux下編寫驅(qū)動程序的原理和思想完全類似于其他的Unix系統(tǒng)，但它dos或window環(huán)境下的驅(qū)動程序有很大的區(qū)別。在Linux環(huán)境下設(shè)計驅(qū)動慧肢程序，思想簡潔，操作方便，功能也很強(qiáng)大，但是支持函數(shù)少，只能依賴kernel中的函數(shù)，有些常用的操作要自己來編寫，而且調(diào)試也不方便。
以下的一些文字主要來源于khg，johnsonm的Write linux device driver，Brennan’s Guide to Inline Assembly，The Linux A-Z，還有清華BBS上的有關(guān)device driver的一些資料。
一、Linux device driver 的概念
系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。設(shè)備驅(qū)動程序為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以象操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進(jìn)行操作。設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，它完成以下的功能:
1、對設(shè)備初始化和釋放。
2、把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)。
3、讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)。
4、檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤。
在Linux操作系統(tǒng)下有三類主要的設(shè)備文件類型，一是字符設(shè)備，二是塊設(shè)備，三是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備和塊設(shè)備的主要區(qū)別是:在對字符設(shè)備發(fā)出讀/寫請求時，實際的硬件I/O一般就緊接著發(fā)生了，塊設(shè)備則不然，它利用一塊系統(tǒng)內(nèi)存作緩沖區(qū)，當(dāng)用戶進(jìn)程對設(shè)備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數(shù)據(jù)，如果不能，就調(diào)用請求函數(shù)來進(jìn)行實際的I/O操作。塊設(shè)備是主要針對磁盤等慢速設(shè)備設(shè)計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。
已經(jīng)提到，用戶進(jìn)程是通過設(shè)備文件來與慧唯實際的硬件打交道。每個設(shè)備文件都都有其文件屬性(c/b)，表示是字符設(shè)備還是塊設(shè)備?另外前碧世每個文件都有兩個設(shè)備號，之一個是主設(shè)備號，標(biāo)識驅(qū)動程序，第二個是從設(shè)備號，標(biāo)識使用同一個設(shè)備驅(qū)動程序的不同的硬件設(shè)備，比如有兩個軟盤，就可以用從設(shè)備號來區(qū)分他們。設(shè)備文件的的主設(shè)備號必須與設(shè)備驅(qū)動程序在登記時申請的主設(shè)備號一致，否則用戶進(jìn)程將無法訪問到驅(qū)動程序。
最后必須提到的是，在用戶進(jìn)程調(diào)用驅(qū)動程序時，系統(tǒng)進(jìn)入核心態(tài)，這時不再是搶先式調(diào)度。也就是說，系統(tǒng)必須在你的驅(qū)動程序的子函數(shù)返回后才能進(jìn)行其他的工作。如果你的驅(qū)動程序陷入死循環(huán)，不幸的是你只有重新啟動機(jī)器了，然后就是漫長的fsck。
讀/寫時，它首先察看緩沖區(qū)的內(nèi)容，如果緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)未被處理，則先處理其中的內(nèi)容。
如何編寫Linux操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動程序
二、實例剖析
我們來寫一個最簡單的字符設(shè)備驅(qū)動程序。雖然它什么也不做，但是通過它可以了解Linux的設(shè)備驅(qū)動程序的工作原理。把下面的C代碼輸入機(jī)器，你就會獲得一個真正的設(shè)備驅(qū)動程序。
#define __NO_VERSION__
#include
#include
char kernel_version = UTS_RELEASE;
這一段定義了一些版本信息，雖然用處不是很大，但也必不可少。Johnsonm說所有的驅(qū)動程序的開頭都要包含，一般來講更好使用。
由于用戶進(jìn)程是通過設(shè)備文件同硬件打交道，對設(shè)備文件的操作方式不外乎就是一些系統(tǒng)調(diào)用，如 open，read，write，close…， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來呢?這需要了解一個非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
struct file_operations
{
int (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);
int (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);
int (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);
int (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);
int (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);
int (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);
int (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);
int (*open) (struct inode * ，struct file *);
int (*release) (struct inode * ，struct file *);
int (*fsync) (struct inode * ，struct file *);
int (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);
int (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);
int (*revalidate) (dev_t dev);
}
這個結(jié)構(gòu)的每一個成員的名字都對應(yīng)著一個系統(tǒng)調(diào)用。用戶進(jìn)程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設(shè)備文件進(jìn)行諸如read/write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。這是linux的設(shè)備驅(qū)動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設(shè)備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations的各個域。
下面就開始寫子程序。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
unsigned int test_major = 0;
static int read_test(struct inode *node，struct file *file，char *buf，int count)
{
int left;
if (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )
return -EFAULT;
for(left = count ; left > 0 ; left–)
{
__put_user(1，buf，1);
buf++;
}
return count;
}
這個函數(shù)是為read調(diào)用準(zhǔn)備的。當(dāng)調(diào)用read時，read_test()被調(diào)用，它把用戶的緩沖區(qū)全部寫1。buf 是read調(diào)用的一個參數(shù)。它是用戶進(jìn)程空間的一個地址。但是在read_test被調(diào)用時，系統(tǒng)進(jìn)入核心態(tài)。所以不能使用buf這個地址，必須用__put_user()，這是kernel提供的一個函數(shù)，用于向用戶傳送數(shù)據(jù)。另外還有很多類似功能的函數(shù)。請參考Robert著的《Linux內(nèi)核設(shè)計與實現(xiàn)》（第二版）。然而，在向用戶空間拷貝數(shù)據(jù)之前，必須驗證buf是否可用。這就用到函數(shù)verify_area。
static int write_(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)
{
return count;
}
static int open_(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_INC_USE_COUNT;
return 0;
}
static void release_(struct inode *inode，struct file *file )
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
}
這幾個函數(shù)都是空操作。實際調(diào)用發(fā)生時什么也不做，他們僅僅為下面的結(jié)構(gòu)提供函數(shù)指針。
struct file_operations test_fops = {
NULL，
read_test，
write_test，
NULL， /* test_readdir */
NULL，
NULL， /* test_ioctl */
NULL， /* test_mmap */
open_test，
release_test，
NULL， /* test_fsync */
NULL， /* test_fasync */
/* nothing more， fill with NULLs */
};
這樣，設(shè)備驅(qū)動程序的主體可以說是寫好了?，F(xiàn)在要把驅(qū)動程序嵌入內(nèi)核。驅(qū)動程序可以按照兩種方式編譯。一種是編譯進(jìn)kernel，另一種是編譯成模塊(modules)，如果編譯進(jìn)內(nèi)核的話，會增加內(nèi)核的大小，還要改動內(nèi)核的源文件，而且不能動態(tài)的卸載，不利于調(diào)試，所以推薦使用模塊方式。
int init_module(void)
{
int result;
result = register_chrdev(0， “test”， &test_fops);
if (result
#include
#include
#include
main()
{
int testdev;
int i;
char buf;
testdev = open(“/dev/test”，O_RDWR);
if ( testdev == -1 )
{
printf(“Cann’t open file \n”);
exit(0);
}
read(testdev，buf，10);
for (i = 0; i
printf(“%d\n”，buf);
close(testdev);
}
編譯運行，看看是不是打印出全1 ？
以上只是一個簡單的演示。真正實用的驅(qū)動程序要復(fù)雜的多，要處理如中斷，DMA，I/O port等問題。這些才是真正的難點。請看下節(jié)，實際情況的處理。
如何編寫Linux操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動程序
三、設(shè)備驅(qū)動程序中的一些具體問題
1。 I/O Port。
和硬件打交道離不開I/O Port，老的ISA設(shè)備經(jīng)常是占用實際的I/O端口，在linux下，操作系統(tǒng)沒有對I/O口屏蔽，也就是說，任何驅(qū)動程序都可對任意的I/O口操作，這樣就很容易引起混亂。每個驅(qū)動程序應(yīng)該自己避免誤用端口。
有兩個重要的kernel函數(shù)可以保證驅(qū)動程序做到這一點。
1）check_region(int io_port， int off_set)
這個函數(shù)察看系統(tǒng)的I/O表，看是否有別的驅(qū)動程序占用某一段I/O口。
參數(shù)1：I/O端口的基地址，
參數(shù)2：I/O端口占用的范圍。
返回值：0 沒有占用， 非0，已經(jīng)被占用。
2）request_region(int io_port， int off_set，char *devname)
如果這段I/O端口沒有被占用，在我們的驅(qū)動程序中就可以使用它。在使用之前，必須向系統(tǒng)登記，以防止被其他程序占用。登記后，在/proc/ioports文件中可以看到你登記的I/O口。
參數(shù)1：io端口的基地址。
參數(shù)2：io端口占用的范圍。
參數(shù)3：使用這段io地址的設(shè)備名。
在對I/O口登記后，就可以放心地用inb()， outb()之類的函來訪問了。
在一些pci設(shè)備中，I/O端口被映射到一段內(nèi)存中去，要訪問這些端口就相當(dāng)于訪問一段內(nèi)存。經(jīng)常性的，我們要獲得一塊內(nèi)存的物理地址。
2。內(nèi)存操作
在設(shè)備驅(qū)動程序中動態(tài)開辟內(nèi)存，不是用malloc，而是kmalloc，或者用get_free_pages直接申請頁。釋放內(nèi)存用的是kfree，或free_pages。 請注意，kmalloc等函數(shù)返回的是物理地址！
注意，kmalloc更大只能開辟128k-16，16個字節(jié)是被頁描述符結(jié)構(gòu)占用了。
內(nèi)存映射的I/O口，寄存器或者是硬件設(shè)備的RAM(如顯存)一般占用F以上的地址空間。在驅(qū)動程序中不能直接訪問，要通過kernel函數(shù)vremap獲得重新映射以后的地址。
另外，很多硬件需要一塊比較大的連續(xù)內(nèi)存用作DMA傳送。這塊程序需要一直駐留在內(nèi)存，不能被交換到文件中去。但是kmalloc最多只能開辟128k的內(nèi)存。
這可以通過犧牲一些系統(tǒng)內(nèi)存的方法來解決。
3。中斷處理
同處理I/O端口一樣，要使用一個中斷，必須先向系統(tǒng)登記。
int request_irq(unsigned int irq ，void(*handle)(int，void *，struct pt_regs *)，
unsigned int long flags， const char *device);
irq: 是要申請的中斷。
handle：中斷處理函數(shù)指針。
flags：SA_INTERRUPT 請求一個快速中斷，0 正常中斷。
device：設(shè)備名。
如果登記成功，返回0，這時在/proc/interrupts文件中可以看你請求的中斷。
4。一些常見的問題。
對硬件操作，有時時序很重要（關(guān)于時序的具體問題就要參考具體的設(shè)備芯片手冊啦！比如網(wǎng)卡芯片RTL8139）。但是如果用C語言寫一些低級的硬件操作的話，gcc往往會對你的程序進(jìn)行優(yōu)化，這樣時序會發(fā)生錯誤。如果用匯編寫呢，gcc同樣會對匯編代碼進(jìn)行優(yōu)化，除非用volatile關(guān)鍵字修飾。最保險的辦法是禁止優(yōu)化。這當(dāng)然只能對一部分你自己編寫的代碼。如果對所有的代碼都不優(yōu)化，你會發(fā)現(xiàn)驅(qū)動程序根本無法裝載。這是因為在編譯驅(qū)動程序時要用到gcc的一些擴(kuò)展特性，而這些擴(kuò)展特性必須在加了優(yōu)化選項之后才能體現(xiàn)出來。
linux中有沒有類似驅(qū)動精靈的軟件
ubuntu系統(tǒng)是沒有類似的驅(qū)動修復(fù)工具的。如果在ubuntu環(huán)境中遇到一些硬件無法正常安裝驅(qū)動的話，可以嘗試以下方法解決：
1、ubuntu自帶了大量中信的驅(qū)動程序，因此可通過“受限驅(qū)動管理器”來進(jìn)行驅(qū)動安裝。
a）系統(tǒng) =>系統(tǒng)管理 =>受限驅(qū)動管理器
b）輸入用戶密碼
c）選擇要安裝驅(qū)動的硬件，在“已啟用虛鋒”選項上打勾，這時，在你選中“已啟用”后就會彈出一窗口詢問你是否要啟用你所選擇的驅(qū)動,點擊Enable（啟用驅(qū)動）。
d）Ubuntu 將自動下載并安裝驅(qū)動程序并安裝。安裝完成后點擊 close (關(guān)閉)。
e）驅(qū)動安裝完成后 Ubuntu 會提示你重啟動計算機(jī)，點擊右上角的重啟圖標(biāo)即可重啟計算機(jī)，在重新啟動計算機(jī)后，驅(qū)動即安裝完成。
2、去硬件對應(yīng)的官方網(wǎng)站下載對應(yīng)的Linux版的驅(qū)動程序進(jìn)行安裝，如果該官網(wǎng)沒有對差培晌應(yīng)的Linux版本的驅(qū)動程序，則說明該硬件無法再Linux環(huán)境下運行。
linux的驅(qū)動一般是通過內(nèi)核支持，如果內(nèi)核不支持，才需要驅(qū)動。主流的linux發(fā)行版基本裂豎槐上是裝好就能用，不需要安裝額外驅(qū)動
linux主要用于服務(wù)器系統(tǒng)，一般的
驅(qū)動程序
都集成在系統(tǒng)ios文件里面，纖培或者系統(tǒng)光盤中。沒有必要額肆友外按照驅(qū)動程序。
如果你是想安裝桌面版的linux的話，安裝系統(tǒng)時選擇桌面版的
安裝包
基本桌面驅(qū)動就都存在了。
關(guān)于linux驅(qū)動開發(fā)調(diào)試工具的介紹到此就結(jié)束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關(guān)注本站。
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當(dāng)前題目：助力Linux驅(qū)動開發(fā)，輕松調(diào)試工具(linux驅(qū)動開發(fā)調(diào)試工具)
文章出自：http://www.dlmjj.cn/article/cdpipoh.html
