【嵌入式环境下linux内核及驱动学习笔记-（1-linux内核结构）】_linux内核驱动-程序员宅基地

技术标签： Linux内核与驱动  linux  ARM  嵌入式  驱动开发  

目录

1、应用系统的两种形态

1.1 无操作系统应用体系

对于简单的SOC应用，如大部分简单功能的单片机应用都无需在系统中使用操作系统，这时应用程序是直接调用相应的驱动操作底层的硬件，如图：
在这里插入图片描述
这种结构，应用软件直接调用了设备驱动操作硬 件。优点是：简单直接，效率高。适合小而简单的系统。对于复杂系统，需要在不同功能里共享硬件资源的应用系统，此种方式就明显不适合了。

1.2、有操作系统的应用体系

对于复杂应用系统，各功能模块之间需要共享硬件等资源的应用场景，则需要在应用体系内加入操作系统。因此，应用体系就如下图：
在这里插入图片描述

如图，有操作系统后，应用程序可以不管具体的硬件细节，而都使用操作系统API的统一接口，这样利于大规模标准化开发，提高开发效率。

驱动程序向上也使用操作系统提供的标准设备接口，向下操作不同的硬件。以此对操作系统层屏蔽了硬件细节。操作系统因此变得更稳定和高效。

2、linux内核

2.1 单内核与微内核

目前操作系统有两种典型的内核实现模式：

  • 1、单内核（宏内核）：所有子模块代码编译到一个比较大的可执行文件（镜像文件）中。各子模块代码共用同一套运行资源，各模块间的交互直接通过函数调用来进行。如：linux
  • 2、微内核：只将任务管理、内存管理、启动管理最其本的三个子模块编译到一个微型可执行文件中。其它子模块则各自编译成独立的后台服务程序，这些服务程序与微型内核以及APP间主要通过各种IPC进行通讯。如：windows

Linux是一个单内核，运行在单独的地址空间上。不过，Linux汲取了微内核的精化，具有微内核所所具有的模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的能力。同时，Linux还避免了微内核的设计缺陷，linux让所有模块都运行在内核态，直接调用函数，无须像微内核那样采用消息传递。

2.2 Linux内核组成

在这里插入图片描述

如图所示，Linux内核主要由五个部分组成：

  • 进程调度（SCHED)
  • 内存管理（MM）
  • 虚拟文件系统（VFS）
  • 网络接口（NET）
  • 进程间通信（IPC）

2.3 进程调度

进程调度处于系统的中心位置，系统的其它部分都依赖于它。linux的进程共有六种状态，进程在整个生命周期中可以这几种状态中切换。

在这里插入图片描述

  • 执行态
  • 就绪态
  • 睡眠态（深度睡眠、浅度睡眠）
  • 暂停态
  • 僵死态

2.4 内存管理

内存管理的主要作用是控制多个进程安全的共享主内存域。一个32位处理器的Linux的每个进程享有4G空间，一般0-3G属于用户空间，3G-4G属于内核空间。如下图

在这里插入图片描述

2.5 虚拟文件系统

Linux虚拟文件系统隐藏了各种硬件的具体细节，为所有设备提供了统一的接口。是对各个具体文件系统的一个抽象。
在这里插入图片描述
如图，虚拟文件系统为上层的应用程序提供了统一的调用接口，对下则负责调用具体底层文件系统或设备驱动中实现的file_operations结构体中的成员函数。

2.6 网络接口

网络接口提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。Linux网络接口分为

  • 网络协议 ：负责实现每一种可能的网络传输协议。
  • 网络驱动程序：负责与硬件设备通信

2.7 进程间通信

进程间通信负责进程之间的通信，包含信号量、共享内存、消息队列、管道、UNIX域套接字等。

3、内核空间与用户空间

现代的CPU其内部会区分不同的工作模式，以此来区分不同级别和权限的操作。
例如，ARM的8种工作模式：

  • User 非特权模式，一般在执行上层的应用程序时ARM处于该模式
  • FIQ (快速中断模式)当一个高优先级中断产生后ARM将进入这种模式
  • IRQ (外部中断模式)当一个低优先级中断产生后ARM将进入这种模式
  • SVC (超级用户模式)当复位或执行软中断指令swi后ARM将进入这种模式
  • Abort (中止模式)当产生存取异常时ARM将进入这种模式
  • Undef (指令未定义模式)当执行未定义的指令时ARM将进入这种模式
  • System (系统模式)使用和User模式相同寄存器集的特权模式
  • Monitor (监控模式)为了安全而扩展出的用于执行安全监控代码的模式

在ARM环境中，Linux系统充分利用CPU的硬件特性，实现了两级的操作模式，用户(usr)模式和管理模式(svc)。与此对应，在Linux系统中具有两种空间：

  • 内核空间： 是管理模式，可以进行任何操作，可以对底层硬件进行直接访问。等
  • 用户空间：用户代码运行的模式，被禁止对硬件进行直接访问和对内存的的未授权访问。实现上通过swi软中断从用户模式陷入管理模式。等

3.1 补充：关于软中断

\qquad 这里有一张ARM的异常工作模式的图表
在这里插入图片描述
正常执行时，ARM处于用户模式，当CPU执行swi指令时,会自动进入系统模式(SVC mode),并跳转到异常向量表。通过向量表再跳转到对应的函数中去对swi进行响应。
这里的SVC模式就是Supervisor Call的缩写,中文为管理程序调用。

4、linux 设备驱动

4.1 linux系统中设备分类

linux 系统将外设硬件分为三大类：

  • 字符设备 ：以串行顺序依次进行访问的设备，如串口设备，触摸屏，鼠标等
  • 块设备 ：可以按任意顺序进行访问，以块为单位进行操作，如硬盘
  • 网络设备 ：以数据包的方式传递数据的设备。

4.2 linux驱动相关体系

在这里插入图片描述
如图，字符设备与块设备都被映射到Linux文件系统的文件和目录。
应用程序可通过套接字访问网络设备，并用两种手段访问字符设备与块设备：

  • 系统API 如 open() ，write() , read() , close()等。
  • 调用C标准库函数fopen() , fwrite() , fread() , fclose()等。不过C库函数最终也是调用系统API实现的。
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.csdn.net/weixin_45499326/article/details/129991513

智能推荐

攻防世界_难度8_happy_puzzle_攻防世界困难模式攻略图文-程序员宅基地

文章浏览阅读645次。这个肯定是末尾的IDAT了，因为IDAT必须要满了才会开始一下个IDAT，这个明显就是末尾的IDAT了。，对应下面的create_head()代码。，对应下面的create_tail()代码。不要考虑爆破，我已经试了一下，太多情况了。题目来源：UNCTF。_攻防世界困难模式攻略图文

达梦数据库的导出（备份）、导入_达梦数据库导入导出-程序员宅基地

文章浏览阅读2.9k次，点赞3次，收藏10次。偶尔会用到，记录、分享。1. 数据库导出1.1 切换到dmdba用户su - dmdba1.2 进入达梦数据库安装路径的bin目录，执行导库操作　　导出语句：./dexp cwy_init/[email protected]:5236 file=cwy_init.dmp log=cwy_init_exp.log　注释：　　 cwy_init/init_123..._达梦数据库导入导出

js引入kindeditor富文本编辑器的使用_kindeditor.js-程序员宅基地

文章浏览阅读1.9k次。1. 在官网上下载KindEditor文件，可以删掉不需要要到的jsp，asp，asp.net和php文件夹。接着把文件夹放到项目文件目录下。2. 修改html文件，在页面引入js文件：<script type="text/javascript" src="./kindeditor/kindeditor-all.js"></script><script type="text/javascript" src="./kindeditor/lang/zh-CN.js"_kindeditor.js

STM32学习过程记录11——基于STM32G431CBU6硬件SPI+DMA的高效WS2812B控制方法-程序员宅基地

文章浏览阅读2.3k次，点赞6次，收藏14次。SPI的详情简介不必赘述。假设我们通过SPI发送0xAA，我们的数据线就会变为10101010，通过修改不同的内容，即可修改SPI中0和1的持续时间。比如0xF0即为前半周期为高电平，后半周期为低电平的状态。在SPI的通信模式中，CPHA配置会影响该实验，下图展示了不同采样位置的SPI时序图[1]。CPOL = 0，CPHA = 1：CLK空闲状态 = 低电平，数据在下降沿采样，并在上升沿移出CPOL = 0，CPHA = 0：CLK空闲状态 = 低电平，数据在上升沿采样，并在下降沿移出。_stm32g431cbu6

计算机网络-数据链路层_接收方收到链路层数据后,使用crc检验后,余数为0,说明链路层的传输时可靠传输-程序员宅基地

文章浏览阅读1.2k次，点赞2次，收藏8次。数据链路层习题自测问题1.数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别?“电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?2.数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。3.网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?4.数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？5.如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？6.PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不_接收方收到链路层数据后,使用crc检验后,余数为0,说明链路层的传输时可靠传输

软件测试工程师移民加拿大_无证移民，未受过软件工程师的教育（第1部分）-程序员宅基地

文章浏览阅读587次。软件测试工程师移民加拿大 无证移民，未受过软件工程师的教育(第1部分) (Undocumented Immigrant With No Education to Software Engineer(Part 1))Before I start, I want you to please bear with me on the way I write, I have very little gen...

随便推点

Thinkpad X250 secure boot failed 启动失败问题解决_安装完系统提示secureboot failure-程序员宅基地

文章浏览阅读304次。Thinkpad X250笔记本电脑，装的是FreeBSD，进入BIOS修改虚拟化配置（其后可能是误设置了安全开机），保存退出后系统无法启动，显示：secure boot failed ，把自己惊出一身冷汗，因为这台笔记本刚好还没开始做备份.....根据错误提示，到bios里面去找相关配置，在Security里面找到了Secure Boot选项，发现果然被设置为Enabled，将其修改为Disabled ，再开机，终于正常启动了。_安装完系统提示secureboot failure

C++如何做字符串分割（5种方法）_c++ 字符串分割-程序员宅基地

文章浏览阅读10w+次，点赞93次，收藏352次。1、用strtok函数进行字符串分割原型： char *strtok(char *str, const char *delim);功能：分解字符串为一组字符串。参数说明：str为要分解的字符串，delim为分隔符字符串。返回值：从str开头开始的一个个被分割的串。当没有被分割的串时则返回NULL。其它：strtok函数线程不安全，可以使用strtok_r替代。示例：//借助strtok实现split#include <string.h>#include <stdio.h&_c++ 字符串分割

2013第四届蓝桥杯 C/C++本科A组 真题答案解析_2013年第四届c a组蓝桥杯省赛真题解答-程序员宅基地

文章浏览阅读2.3k次。1 .高斯日记 大数学家高斯有个好习惯：无论如何都要记日记。他的日记有个与众不同的地方，他从不注明年月日，而是用一个整数代替，比如：4210后来人们知道，那个整数就是日期，它表示那一天是高斯出生后的第几天。这或许也是个好习惯，它时时刻刻提醒着主人：日子又过去一天，还有多少时光可以用于浪费呢？高斯出生于：1777年4月30日。在高斯发现的一个重要定理的日记_2013年第四届c a组蓝桥杯省赛真题解答

基于供需算法优化的核极限学习机(KELM)分类算法-程序员宅基地

文章浏览阅读851次，点赞17次，收藏22次。摘要：本文利用供需算法对核极限学习机(KELM)进行优化，并用于分类。

metasploitable2渗透测试_metasploitable2怎么进入-程序员宅基地

文章浏览阅读1.1k次。一、系统弱密码登录1、在kali上执行命令行telnet 192.168.26.1292、Login和password都输入msfadmin3、登录成功，进入系统4、测试如下：二、MySQL弱密码登录：1、在kali上执行mysql –h 192.168.26.129 –u root2、登录成功，进入MySQL系统3、测试效果：三、PostgreSQL弱密码登录1、在Kali上执行psql -h 192.168.26.129 –U post..._metasploitable2怎么进入

Python学习之路：从入门到精通的指南_python人工智能开发从入门到精通pdf-程序员宅基地

文章浏览阅读257次。本文将为初学者提供Python学习的详细指南，从Python的历史、基础语法和数据类型到面向对象编程、模块和库的使用。通过本文，您将能够掌握Python编程的核心概念，为今后的编程学习和实践打下坚实基础。_python人工智能开发从入门到精通pdf

推荐文章

热门文章

相关标签