linux为是一个成熟而稳定的操作系统。将linux植入嵌入式设备具有众多的优点，包括可剪裁和容易移植等，所以linux操作系统在嵌入式领域获得了广泛的应用。嵌入式linux一直是嵌入式领域的研究热点，与pc架构不同，嵌入式系统的硬件具有多样性和差异性，嵌入式系统的开发需要对特定系统进行硬件设计，同时还要针对这些硬件来编写驱动程序。linux内核就是通过驱动程序来同外围设备打交道的，系统设计人员必须为每个设备编写驱动程序，否则设备无法在操作系统下正常工作。

1 设备驱动程序设计的基本概念与模型

　　设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口，它为应用程序屏蔽了硬件的细节，在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作，设计驱动程序是内核的一部分，可以实现以下功能：

　　对设备初始化和释放；

　　把数据从内核传送到硬件，以及从硬件读取数据；

　　读取应用程序传送给设备文件的数据，以及回送应用程序请求的数据；

　　检测和处理设备出现的错误。

　　前面已经提到驱动程序的作用，而编写驱动程序就是构造一系列可供应用程序调动的函数（包括open、release、read、write、llseek、ioctl等）。在用户自己的驱动程序中，首先要根据驱动程序的功能，实现file_operations结构中的函数，不需要的函数接口可以直接在file_operations结构中初始化为null；file_operations变量会在驱动程序初始化时注册到系统内部。当操作系统对设备操作时，会调用驱动程序注册的file_operations结构中的函数指针。

　　以下是嵌入式linux2.4设备驱动程序的最简模型。



具体实现前面定义的函数时，需注意下面几点：
　　1)在test_init函数中要通过调用register_chrdev（）函数来向内核注册字符设备驱动程序。如果是块设备，则还需调用mmmap（）进行地址空间的映射，再调用register_blkdev（）函数来向内核注册块设备驱动程序，在linux系统中，对中断的处理是属于系统核心部分，因而如果设备与系统之间以中断方式进行数据交换，则必须把该设备的驱动程序作为系统核心的一部分，也就是说设备驱动程序要通过调用request_irq（）函数来申请中断，通过free_irq（）函数来释放中断（在test_cleanup中实现）。

　　2)open（）函数和release（）函数的具体实现有着一定的对应性，在open（）函数中主要是执行打开设备时的一些初始化代码，如果该驱动程序需要管理多个设备，那么还要获取从设备号，根据从设备号来判断需要操作的设备，其中，从设备号可通过调用函数minor（inode->i_rdev）来获得，然后再调用宏mod_inc_use_count来使得驱动程序使用计数器加1，而在release（）函数中则要进行相反的处理。即调用宏mod_dec_use_count来减小驱动程序使用计数器。

　　3)归根到底，驱动函数的实现就是调用内核所支持的函数（包括内核提供的api和用户自己定义的寄存器操作函数）来完成对设备的操作，虽然嵌入式系统设备的种类众多，不同设备操作的具体实现方法不可能相同，但是linux操作系统提供了一系列特殊api，为开发内核驱动程序带来了很大的方便，调用这些api时需要注意的是：通常情况下，应用程序是通过内核接口访问驱动程序的（这是驱动程序的主要使用方式），因此驱动程序需要与应用程序交换数据，但是操作系统内核和驱动程序在内核空间中运行，而用户程序在用户空间中运行，用户程序不能访问内核空间，操作系统内核和驱动程序也不能使用指针或memcpy（）等常规的c库函与用户空间传输数据，造成这种状况的主要原因是linux操作系统使用了虚拟内存机制，使用了虚拟内存机制后，用户空间的内存可能被换出，当内核使用用户空间指针时，对应的页面可能已经不在内存中了，因此在使用调用函数时要注意：设备驱动程序在申请和释放内存时不是调用malloc（）和free（），而调用kmalloc（）和kfree（）；用于内核空间与用户空间进行数据拷贝的函数主要有access_ok（）（检查某内存空间是否有权访问），copy_to_user（）和put_usr（）（内核函数向用户空间传输数据），copy_from_user（）和get_user（）（用户空间向内核空间传输数据）；关于内核空间与i/o空间的数据交换，不同体系结构的处理器对i/o的处理方式也不同，x86系列处理器中，i/o与内存完成不同，它是分开编址的，访问它要使用专用的指令；而对arm体系结构的处理器来说，则是不区分i/o和内存，统一编址的，可以使用同样的指令访问，在驱动程序中可以使用一系列函数来访问i/o口，如outb（）、outw（）、outl（）inb（）、inw（）、inl（）、outsb（）、outsw（）、outsl（）、insb（）、insw（）和insl（）等。

2 linux2.6与2.4内核驱动