Linux驱动开发实战宝典:设备模型、模块编程、I2C/SPI/USB外设精讲

摘要: 本文将带你走进 Linux 驱动开发的世界,从设备驱动模型、内核模块开发基础开始,逐步深入 I2C、SPI、USB 等常用外设的驱动编写,结合实际案例,助你掌握 Linux 驱动开发技能。

关键词: Linux 驱动,设备驱动模型,内核模块,I2C,SPI,USB

一、Linux 设备驱动模型

Linux 设备驱动模型是理解和开发驱动的基石。它抽象了硬件设备的共性,为驱动程序提供统一的接口,简化了驱动开发的复杂度。

1.1 设备、驱动与总线

Linux 设备驱动模型的核心是设备(Device)驱动(Driver) 和 总线(Bus) 三者的关系。

  • 设备: 代表真实的物理设备,如 I2C 设备、SPI 设备、USB 设备等。
  • 驱动: 是软件程序,负责管理和控制设备,实现设备的功能。
  • 总线: 连接设备和驱动的桥梁,提供统一的接口规范,方便设备和驱动的匹配和通信。

1.2 kobject、kset 与子系统

  • kobject: 内核对象,是驱动模型的基本单元,代表内核中的一个实体。
  • kset: kobject 的集合,用于组织和管理 kobject。
  • 子系统: kset 的更高层抽象,通常代表一个大的功能模块,如 I2C 子系统、SPI 子系统等。

 

二、Linux 内核模块开发基础

2.1 模块的结构

一个简单的内核模块代码结构如下:

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>static int __init my_module_init(void)
{// 模块初始化代码return 0;
}static void __exit my_module_exit(void)
{// 模块卸载代码
}module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Module Description");

2.2 编译和加载模块

  1. 编写Makefile:
obj-m := my_module.oKDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/buildall:make -C $(KDIR) M=$(PWD) modulesclean:make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
  1. 编译模块: make
  2. 加载模块: sudo insmod my_module.ko
  3. 查看模块: lsmod
  4. 卸载模块: sudo rmmod my_module

三、I2C 驱动开发实战

3.1 I2C 协议简介

I2C 是一种同步、半双工的通信协议,只有两根线:SDA(数据线) 和 SCL(时钟线)。每个连接到总线的器件都有唯一的 I2C 地址。

3.2 I2C 驱动框架

3.3 案例:读取 EEPROM 数据

以读取 AT24C02 EEPROM 数据为例,演示 I2C 驱动开发的基本流程。

1. 定义 I2C 设备结构体:

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