少走彎路系列！從裸機(jī)編程到嵌入式Linux編程思想的轉(zhuǎn)變
筆者學(xué)習(xí)嵌入式Linux也有一段時(shí)間了，很奇怪的是很多書(shū)講驅(qū)動(dòng)編程方面的知識(shí)，也有很多書(shū)將ARM9方面的知識(shí)，但是從以前51形式的(對(duì)寄存器直接操作，初始化芯片的功能模塊)編程方法，和思維模式，變換為基于Linux操作系統(tǒng)編程，講這個(gè)思想轉(zhuǎn)變的書(shū)幾乎沒(méi)有，讓初學(xué)者走了很多彎路，撞了很多難墻。
筆者因此寫(xiě)上自己的學(xué)習(xí)心得，希望能給和我一樣轉(zhuǎn)變做嵌入式Linux這塊的朋友一點(diǎn)幫助，早點(diǎn)入門(mén)，于愿足矣。
讓我們一起回顧一下51形式的編程方法，以一個(gè)簡(jiǎn)單的LED例子:通過(guò)串口向其發(fā)送一串指令，讓LED燈閃爍，閃爍頻率由串口發(fā)送的指令決定。
于是我們開(kāi)始編程：一開(kāi)始各種初始化晶振，初始化要用的功能模塊：UART，GPIO，定時(shí)器。那么就會(huì)通過(guò)設(shè)置寄存器的各種位，把UART配置為中斷模式，GPIO對(duì)應(yīng)的LED引腳為輸出模式，用于控制LED燈的暗滅，最后初始化定時(shí)器，來(lái)控制暗滅的頻率。相信有過(guò)嵌入式裸機(jī)編程經(jīng)驗(yàn)的朋友們一定都覺(jué)得這很簡(jiǎn)單，但是如果跑上了操作系統(tǒng)，那又應(yīng)該怎么辦?
嵌入式Linux分為驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用程序?qū)印Ｊ裁匆馑?大家一定偶爾聽(tīng)過(guò)，對(duì)Linux設(shè)備的操作就像操作文件一樣簡(jiǎn)單，打開(kāi)，寫(xiě)入，關(guān)閉。聽(tīng)起來(lái)是很簡(jiǎn)單，聽(tīng)完就算了，也不知道到底說(shuō)什么。
驅(qū)動(dòng)層就相當(dāng)于我們?cè)?1形式編程中的初始化功能模塊，在Linux中，已經(jīng)把所有函數(shù)封裝好了。舉例：筆者用的at91sam9260的芯片，現(xiàn)在我要把PB1 引腳設(shè)置為輸出模式，且初始值為低電平，則調(diào)用系統(tǒng)封裝好的函數(shù)：
[cpp]
at91_set_gpio_output(AT91_PIN_PB1, 0);
這個(gè)函數(shù)位于Linux內(nèi)核源代碼 arch/arm/mach-at91,(我用的是at91的芯片)要用到什么函數(shù)進(jìn)去找。在arch/arm下有很多文件夾，以后需要自己根據(jù)自己的需求去選擇相應(yīng)的芯片找函數(shù)，這個(gè)筆者認(rèn)為是Linux不人性化的地方，需要改進(jìn)，只有有經(jīng)驗(yàn)的工程師才能輕松找到，初學(xué)者真的要費(fèi)很大精力。
而我們那些晶振時(shí)鐘初始化就不用寫(xiě)了，在Linux操作系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候已經(jīng)幫你初始化好了。還有串口也已經(jīng)初始化好了，在Linux有專(zhuān)門(mén)的操作函數(shù)，大家可以看看Linux下串口操作的相關(guān)資料，這里不贅述。當(dāng)然驅(qū)動(dòng)層完成的還不只這些工作，剩下的工作在講玩應(yīng)用程序?qū)又笤俳榻B。
應(yīng)用程序?qū)樱哼@是一個(gè)完全與硬件無(wú)關(guān)的層次，就相當(dāng)于我們51形式編程的邏輯層一樣。那么我們?cè)趺春万?qū)動(dòng)層打交道呢?大家回憶那句話(huà)：像操作文件一樣，操作硬件設(shè)備。沒(méi)錯(cuò)，我們就是操作文件。每個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)會(huì)有一個(gè)設(shè)備文件(一般要手動(dòng)生成，自動(dòng)生成要在驅(qū)動(dòng)中寫(xiě)好也行)。例如我們?yōu)長(zhǎng)ED燈取一個(gè)設(shè)備文件名字為leds，然后在dev/leds生成這個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序用open方法打開(kāi)文件后，得到文件描述符fd，那么以后操作LED這個(gè)設(shè)備就是操作這個(gè)fd。
[cpp]
fd = open (“dev/leds”, flags);
到底怎么操作fd才能像操作文件一樣操作硬件設(shè)備呢?就是命令機(jī)制!通過(guò)一個(gè)非常重要的函數(shù)ioctl?？催^(guò)我上幾篇文章的朋友們一定知道這個(gè)函數(shù)，這就是應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序的接口之一。
假設(shè)我們定義了命令 LED_ON和LED_OFF(定義命令的方法見(jiàn)前幾篇文章)，那么我們要讓LED閃爍，在應(yīng)用層只要寫(xiě)：
[cpp]
while(1)
{
ioctl(fd,LED_ON);
sleep(1);
ioctl(fd,LED_OFF);
sleep(1);
}
是在應(yīng)用層看來(lái)這個(gè)是不是很簡(jiǎn)單?但是卻苦了驅(qū)動(dòng)層了。剛剛說(shuō)到驅(qū)動(dòng)層做的事情不只是初始化模塊功能，不錯(cuò)她還有一個(gè)功能就是完善ioctl，根據(jù)相應(yīng)的命令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。(ioctl是比較復(fù)雜的，這里只是舉了一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，朋友們還是要多看一些書(shū)籍和實(shí)驗(yàn))，這里是不是連定時(shí)器的初始化都不用我們自己寫(xiě)，直接調(diào)用系統(tǒng)的休眠函數(shù)來(lái)達(dá)到延遲的目的咯~~~
讓我們?cè)俅位氐津?qū)動(dòng)層，驅(qū)動(dòng)層就要完善這個(gè)ioctl了，因?yàn)轵?qū)動(dòng)層可以直接對(duì)硬件操作，讓輸出高電平和低電平。
驅(qū)動(dòng)的操作就比較復(fù)雜了，這里只能簡(jiǎn)單講下概念了，因?yàn)檫@時(shí)已經(jīng)是Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容了。
關(guān)于Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的總結(jié)文章，會(huì)在以后再寫(xiě)，建議大家可以看看國(guó)嵌的Linux視頻。
這篇文章的主要目的是讓大家思想上從51形式的編程轉(zhuǎn)變到嵌入式Linux編程思想，希望大家能轉(zhuǎn)變過(guò)來(lái)思想，踏入嵌入式Linux之門(mén)!看完全文了嗎？喜歡就一起點(diǎn)個(gè) 贊 吧!
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-19
