Linux 内核驱动接口详解

写作本文档的目的，是为了解释为什么Linux既没有二进制内核接口，也没有稳定 的内核接口。这里所说的内核接口，是指内核里的接口，而不是内核和用户空间 的接口。内核到用户空间的接口，是提供给应用程序使用的系统调用，系统调用 在 历史 上几乎没有过变化，将来也不会有变化。我有一些老应用程序是在0.9版本 或者更早版本的内核上编译的，在使用2.6版本内核的Linux发布上依然用得很好 。用户和应用程序作者可以将这个接口看成是稳定的。

你也许以为自己想要稳定的内核接口，但是你不清楚你要的实际上不是它。你需 要的其实是稳定的驱动程序，而你只有将驱动程序放到公版内核的源代码树里， 才有可能达到这个目的。而且这样做还有很多其它好处，正是因为这些好处使得 Linux能成为强壮，稳定，成熟的 *** 作系统，这也是你最开始选择Linux的原因。

只有那些写驱动程序的“怪人”才会担心内核接口的改变，对广大用户来说，既 看不到内核接口，也不需要去关心它。

既然只谈技术问题，我们就有了下面两个主题：二进制内核接口和稳定的内核源 代码接口。这两个问题是互相关联的，让我们先解决掉二进制接口的问题。

假如我们有一个稳定的内核源代码接口，那么自然而然的，我们就拥有了稳定的 二进制接口，是这样的吗？错。让我们看看关于Linux内核的几点事实：

对于一个特定的内核，满足这些条件并不难，使用同一个C编译器和同样的内核配 置选项来编译驱动程序模块就可以了。这对于给一个特定Linux发布的特定版本提 供驱动程序，是完全可以满足需求的。但是如果你要给不同发布的不同版本都发 布一个驱动程序，就需要在每个发布上用不同的内核设置参数都编译一次内核， 这简直跟噩梦一样。而且还要注意到，每个Linux发布还提供不同的Linux内核， 这些内核都针对不同的硬件类型进行了优化（有很多种不同的处理器，还有不同 的内核设置选项）。所以每发布一次驱动程序，都需要提供很多不同版本的内核 模块。

相信我，如果你真的要采取这种发布方式，一定会慢慢疯掉，我很久以前就有过 深刻的教训…

如果有人不将他的内核驱动程序，放入公版内核的源代码树，而又想让驱动程序 一直保持在最新的内核中可用，那么这个话题将会变得没完没了。 内核开发是持续而且快节奏的，从来都不会慢下来。内核开发人员在当前接口中 找到bug，或者找到更好的实现方式。一旦发现这些，他们就很快会去修改当前的 接口。修改接口意味着，函数名可能会改变，结构体可能被扩充或者删减，函数 的参数也可能发生改变。一旦接口被修改，内核中使用这些接口的地方需要同时 修正，这样才能保证所有的东西继续工作。

举一个例子，内核的USB驱动程序接口在USB子系统的整个生命周期中，至少经历 了三次重写。这些重写解决以下问题：

这和一些封闭源代码的 *** 作系统形成鲜明的对比，在那些 *** 作系统上，不得不额 外的维护旧的USB接口。这导致了一个可能性，新的开发者依然会不小心使用旧的 接口，以不恰当的方式编写代码，进而影响到 *** 作系统的稳定性。 在上面的例子中，所有的开发者都同意这些重要的改动，在这样的情况下修改代 价很低。如果Linux保持一个稳定的内核源代码接口，那么就得创建一个新的接口 ；旧的，有问题的接口必须一直维护，给Linux USB开发者带来额外的工作。既然 所有的Linux USB驱动的作者都是利用自己的时间工作，那么要求他们去做毫无意 义的免费额外工作，是不可能的。 安全问题对Linux来说十分重要。一个安全问题被发现，就会在短时间内得到修 正。在很多情况下，这将导致Linux内核中的一些接口被重写，以从根本上避免安 全问题。一旦接口被重写，所有使用这些接口的驱动程序，必须同时得到修正， 以确定安全问题已经得到修复并且不可能在未来还有同样的安全问题。如果内核 内部接口不允许改变，那么就不可能修复这样的安全问题，也不可能确认这样的 安全问题以后不会发生。 开发者一直在清理内核接口。如果一个接口没有人在使用了，它就会被删除。这 样可以确保内核尽可能的小，而且所有潜在的接口都会得到尽可能完整的测试 （没有人使用的接口是不可能得到良好的测试的）。

如果你写了一个Linux内核驱动，但是它还不在Linux源代码树里，作为一个开发 者，你应该怎么做？为每个发布的每个版本提供一个二进制驱动，那简直是一个 噩梦，要跟上永远处于变化之中的内核接口，也是一件辛苦活。 很简单，让你的驱动进入内核源代码树（要记得我们在谈论的是以GPL许可发行 的驱动，如果你的代码不符合GPL，那么祝你好运，你只能自己解决这个问题了， 你这个吸血鬼把Andrew和Linus对吸血鬼的定义链接到这里>）。当你的代码加入 公版内核源代码树之后，如果一个内核接口改变，你的驱动会直接被修改接口的 那个人修改。保证你的驱动永远都可以编译通过，并且一直工作，你几乎不需要 做什么事情。

把驱动放到内核源代码树里会有很多的好处：

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资源链接：

链接：https://pan.baidu.com/s/1ddjTHycqTk3yYQDr-raoKw

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书名：Linux设备驱动开发详解

作者：宋宝华

豆瓣评分：6.5

出版社：机械工业出版社

出版年份：2015-8

页数：618

内容简介：

对于嵌入式工程师来说，进入更高阶段后，学习Linux设备驱动开发无疑就是职业生涯的一次“重生”。这是因为Linux设备驱动开发不仅仅涉及 *** 作系统的转换，开发方式的转换，更重要的是思维上的转变。对于Linux这样一个复杂系统，如何从复杂的代码中抓住设备驱动开发的关键是任何一个Linux设备驱动开发者入门时需要面对的挑战。除了知识、工具之外，往往还需要思路上的指导。本书不但帮助Linux设备驱动开发的初学者厘清必要的概念，还从具体的实例、设备驱动开发的指导原则循序渐进地引导读者渐入学习佳境。为了让读者能够达到Linux设备驱动开发的至臻境界，作者更是从软件工程的角度抽象出设备驱动开发的一般思想。毫无疑问，本书将成为读者学习Linux设备驱动开发过程中的一座“灯塔”。

作者简介：

宋宝华，

Linux布道者，知名嵌入式系统专家，《Essential Linux Device Drivers》译者。作为最早从事Linux内核与设备驱动研究的专家之一，他在众多国内外知名企业开展Linux技术培训。他也是一位活跃的Linux开发者和深度实践者，为Linux官方内核贡献了大量的Linux源码并承担代码审核工作。至今已向Linux官方内核提交逾数万行代码和几百个补丁。他的《Linux设备驱动开发详解》系列书在嵌入式Linux开发者中有口皆碑，是众多Linux书籍中为数不多的畅销书。

第一步、建立交叉编译环境

没有交叉开发经验的读者，可能一时很难接受这个概念。首先，要明白两个概念：一般

我们工作的机器，称为开发机、主机；我们制作好的系统将要放到某台机器，如手机或另一

台PC机，这台机我们称为目标主机。

我们一般开发机上已经有一套开发工具，我们称之为原生开发套件，我们一般就是用它

们来写程序，那么，那什么又是交叉编译环境呢？其实一点也不神秘，也就是在开发机上再

安装一套开发工具，这套开发工具编译出来的程序，如内核、系统工作或者我们自己的程序，

是放在目标主机上运行的。

那么或许有初学者会问，直接用原生开发工具为目标主机编译程序不就完了？至少我当

初是这么想的。一般来说，我们的开发机都是X86

平台，原生开发套件开发的工具，也针

对X86

平台，而我们的目标主机可能是PowerPC、IXP、MIPS……所以，我们的交叉编译

环境是针对某一类具体平台的。

一般来讲，交叉开发环境需要二进制工具程序、编译器、C链接库，嵌入式开发常用的

这三类软件是：

Binutils

Gcc

uClibc

当然，GNU包含的工具套件不仅于此，你还要以根据实际需要，进行选择

第二步、编译内核

开发工具是针对某一类硬件平台，内核同样也是。这一步，我们需要用第一步中建立的

工具，对内核进行编译，对于有内核编译经验的人来说，这是非常简单的；

第三步、建立根文件系统

也就是建立我们平常看到的bin、dev、proc……这一大堆目录，以及一些必备的文件；

另外，我们还需要为我们的目标系统安装一些常用的工具软件，如ls、ifconfig……当然，

一个办法是找到这些工具的源代码，用第一步建立的交叉编译工具来编译，但是这些软件一

是数量多，二是某些体积较大，不适合嵌入式系统，这一步，我们一般都是用busybox来完

成的，包括系统引导软件init；

最后，我们为系统还需要建立初始化的引导文件，如inittab……

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