ARM Linux 驱动开发篇----Linux驱动开发与裸机开发的区别---- Ubuntu20.04

济617

940人浏览 · 2026-02-03 23:32:04

济617 · 2026-02-03 23:32:04 发布

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五、Linux 驱动与软硬件系统的 “朋友圈”

六、区别总结

总结

前言

之前我们把linux系统移植介绍完了，现在我们正式开始对Linux驱动开发进行介绍，首先我们先与裸机开发进行区别介绍一下。

一、为什么要上操作系统呢？

在嵌入式开发早期，很多设备是 “裸机运行” 的 —— 没有操作系统，程序直接跑在 CPU 上。这时候的驱动开发更像 “全栈工程师”：既要管硬件寄存器操作，又要处理业务逻辑。

比如做一个智能灯泡，用 51 单片机控制 LED：

首先得配置 GPIO 引脚（通用输入输出口）的寄存器，设置为输出模式；
然后写代码控制引脚的高低电平（高电平亮，低电平灭）；
还要处理按键输入，检测用户是否按下开关；
甚至得自己实现 “软定时器”，让灯泡支持闪烁功能。
这种模式下，驱动和业务逻辑完全绑定，代码复用性极差。如果换一款不同型号的单片机（比如从 STC89C52 换成 STM32），GPIO 寄存器的地址和配置方式可能完全不同，几乎要重写整个驱动。

随着嵌入式设备功能越来越复杂，裸机开发的局限性越来越明显：

硬件资源（CPU、内存）需要高效调度，否则多个任务会 “打架”；
不同硬件的驱动代码需要隔离，避免某个驱动崩溃导致整个系统死机；
开发者希望 “一次编写，多处运行”，减少重复劳动。

这时候操作系统（比如 Linux）就登场了。操作系统就像一个 “大管家”，把驱动从业务逻辑中解放出来，让它们专注做一件事：和硬件 “对话”。

比如在 Linux 系统中，驱动只需要负责：

初始化硬件（比如配置摄像头的 I2C 寄存器）；
处理硬件中断（比如收到传感器数据时触发中断）；
提供统一的接口给上层应用（比如应用调用read()函数就能获取传感器数据）。
而任务调度、内存管理、文件系统这些 “杂活”，都由操作系统内核处理。驱动开发者终于可以 “术业有专攻” 了。

二、裸机驱动开发回顾

裸机驱动开发更加底层一些，直接跟寄存器打交道，虽然一些MCU提供了库，但相比Linux驱动开发还是更加底层了一些。

三、Linux驱动开发思维

1、Linux下驱动开发一般不直接操作寄存器，比较复杂，不现实。

2、根据Linux下的各种驱动框架进行开发。一定要满足框架，也就是Linux下各种驱动框架的掌握。

3、驱动最终表现就是/dev/xxx文件。打开、关闭、读写。

4、Linux内核支持设备树，这个一个.dts文件，此文件描述了板子的设备信息。

四、Linux驱动开发分类

Linux 设备的 “三大门派”

Linux 把硬件设备分成了三大类，就像武侠小说里的 “少林、武当、峨眉”，各有各的套路

1、总体框图

2、字符设备驱动（最常见）

特点是数据传输以字节为单位，没有固定的块结构。常见的键盘、鼠标、串口、传感器（如温湿度传感器）都属于这类。

例子：用串口调试助手发送 “Hello”，驱动会把数据拆成’H’、’e’、’l’、’l’、’o’逐个发送，接收方也是逐个字节读取。

字符设备的核心是cdev结构体（字符设备描述符），驱动需要实现file_operations结构体中的函数（比如open、read、write），这些函数就是上层应用和硬件交互的 “桥梁”。

// 典型的字符设备file_operations实现
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open,
    .release = led_release,
    .write = led_write,
};