嵌入式系统B嵌入式设备驱动程序设计概要
浅析嵌入式设备驱动的设计与实现
嵌入式设备驱动的发展趋势
智能化：通过AI技术提升设备驱动 的性能和功能
云端化：通过云技术实现设备驱动 的远程监控和管理
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物联网化：实现设备间的互联互通， 提升设备间的协同工作能力
安全性增强：提升设备驱动的安全 性能，防止黑客攻击和数据泄露
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网络通信：适用于远程控制和数据 传输，具有传输速度快、距离远的 特点
SPI通信：适用于高速数据传输， 具有传输速度快、距离远的特点
驱动程序结构框架设计
驱动程序的基 本结构
设备驱动的接 口设计
驱动程序的初 始化与卸载
驱动程序的调 试与测试
嵌入式设备驱动的 实现
硬件接口实现
嵌添加入副式标设题 备驱动的 设计与实现
汇报人：
目录
PART One
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PART Three
嵌入式设备驱动的 设计
PART Five
嵌入式设备驱动的 优化与改进
PART Two
嵌入式设备驱动概 述
PART Four
嵌入式设备驱动的 实现
PART Six
嵌入式设备驱动的 应用与发展趋势
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பைடு நூலகம்
嵌入式设备驱动的分类
按照功能分类：系统级驱动、设备级驱动和应用级驱动 按照层次分类：硬件抽象层驱动、设备驱动层驱动和应用层驱动 按照使用场景分类：通用驱动、专用驱动和定制驱动 按照开发方式分类：开源驱动、闭源驱动和半开源驱动
嵌入式设备驱动的 设计
硬件接口设计
第8章 嵌入式设备驱动程序设计(新)1
4、设备驱动程序加载与卸载的 工作过程
8.1.4 设备驱动程序的功能接口 函数模块
一个设备驱动程序模块包含有 5个部分的功能接口函数：
• • • • • (1)驱动程序的注册与释放； (2)设备的打开与关闭； (3)设备的读写操作； (4)设备的控件操作； (5)设备的中断或轮询处理。
1、设备驱动程序的注册与释放
4、加载驱动程序
• 使用insmod命令加载驱动程序。 # insmod demo_drv.o
5、卸载驱动程序
• 使用rmmod命令卸载驱动程序。 # rmmod demo_drv
6、编写用户测试程序
【例8-3】编写一个调用设备驱动程 序功能接口的用户程序。
• 源程序见教材， • 将其保存文件为：test_driver.c 。 • 用arm-linux-gcc对在宿主机上测试， 则用gcc编译）。 # arm-linux-gcc –o test_demo_drv test_driver.c
第8章 嵌入式设备驱动程序设计
本章要点
• 1、设备驱动程序基础知识 • 2、设备驱动程序设计
8.1嵌入式设备驱动程序基础
8.1.1
设备驱动程序概述
1、设备文件
• 设备文件分为三类：字符设备文件、 块设备文件和网络接口设备文件。
2、内核空间和用户空间
• 内核主要负责操作系统最基本的内存管理、 进程调度和文件管理以及虚拟内存、需求 加载、TCP/IP网络功能等。 • 内核空间和用户空间分别引用不同的内存 映射，也就是程序代码使用不同的地址空 间。
3、设备驱动程序和用户应用程序
• 设备驱动程序可以理解为操作系统的一部 分，它的作用就是让操作系统能正确识别 和使用设备。
嵌入式系统中USB主控制器驱动程序的设计
口。同时， 在嵌入式 系统 中， 如常用 的数字设备 、 数
码相机 、 移动存储设备 ，Ｄ Ｐ Ａ掌 上电脑 、 机顶盒 等， Ｕ Ｂ也得 到 了广 泛 的 应 用 。Ｕ Ｂ 主 机 是 通 过 主控 Ｓ Ｓ
３ Ｕ Ｂ主控 制器驱 动程序设计 和开发 Ｓ
３ １ Ｕ Ｂ主 机端 的软 件 结 构 ． Ｓ
１ 引 言
Ｕ Ｂ Ｕ ｉ ｒ ｌ ｅ ａ Ｂ ｓ 是一种新型的串行总 Ｓ （ ｎ ｅ ａ Ｓｒ ｌ ｕ） ｖ ｓ ｉ 线， 它具有即插即用 、 可热插拔 、 传输速度快、 扩展方
便、 低成本等特点。 自问世 以来 ， 得到 了广泛 的应 用。现在一般的计算机系统都配有 ２～ ４个 Ｕ Ｂ接 Ｓ
维普资讯
第 ４期
２０ ０６年 ８月
微
处
理
机
Ｎｏ ４ ．
ＭＩ ＣＲＯＰ ＲＯＣＥＳ Ｓ０Ｒ Ｓ
Ａｕ ． ２ ０ ｇ ，０ ６
嵌入 式 系统 中 Ｕ Ｂ主控制器驱 动程序 的设 计 Ｓ
谢德 山 ， 中亮 邓
（ 北京邮电大学 自 动化学院， 北京 １０７ ） ０ ８６ 摘 要 ： 介绍 了嵌入式系统 中 Ｕ Ｂ主控制器驱动程序 的设计过程， Ｓ 并且给 出了该驱动程序 的
Ａｂ ｔａ ｔＩ Ｓ ｏｔｃ ｎｒ ｌ ｒｄｒｅ ｓｄ ｉ ｍｂ ｄ ｅ ｙｔｍ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｓ ａ ｅ ， ｅｉｎｐ ｏ ｅｓｏ Ｂ ｈ ｓ ｏ ｔ ｌ ｉ ｒｕ ｅ ｅ ｅ ｄ ｄｓ ｓ ｈ ｈ ｏｅ ｖ ｎ ｅ ｉ ｓ
熟， 它由相应 的操作系统开发商提供。而嵌入式系
统 Ｕ ＢＨ Ｄ的开发 ， Ｓ Ｃ 因处理器和开发平台的不同而
不同。
亟 圃
ｌ
匝亟亟
嵌入式系统的驱动程序开发
嵌入式系统的驱动程序开发嵌入式系统是指集成了电子、计算机科学和软件工程等多个学科的领域，它是一种特定用途的计算机系统。
嵌入式系统通常用于工业控制、汽车电子、智能家电以及医疗设备等领域。
而嵌入式系统的驱动程序开发则是其中一个非常重要的环节，它负责控制硬件设备并与操作系统之间进行交互。
本文将从需求分析、环境搭建、开发流程和调试过程等方面详细介绍嵌入式系统的驱动程序开发。
一、需求分析在开始开发嵌入式系统的驱动程序之前，我们首先需要进行需求分析。
这一阶段的主要目标是了解系统的功能要求以及所涉及的硬件设备。
需要明确以下几个方面的内容：1. 硬件设备：对于每一个需要开发驱动程序的硬件设备，我们需要了解其型号、接口类型、通信协议等信息。
2. 功能要求：了解硬件设备在系统中所需的功能，如读取传感器数据、控制执行器、与其他设备进行通信等。
3. 性能要求：确定系统对驱动程序性能的要求，如实时性、稳定性、可扩展性等。
二、环境搭建开发嵌入式系统的驱动程序需要搭建适当的开发环境，以便编写、调试和测试程序。
以下是搭建开发环境的主要步骤：1. 选择适当的开发板：根据硬件设备的要求，选择一款适合的开发板。
开发板上通常集成了一些基本的硬件设备，可以帮助我们进行调试和测试。
2. 安装交叉编译工具链：由于嵌入式系统通常运行在不同的硬件平台上，所以我们需要使用交叉编译工具链来生成目标平台上可执行的代码。
3. 配置开发环境：根据开发板的型号和需求，配置开发环境，包括安装驱动程序、配置编译选项、设置编译器等。
三、开发流程在进行嵌入式系统的驱动程序开发时，我们通常按照以下步骤进行：1. 设计接口：定义硬件设备与驱动程序之间的接口，包括寄存器定义、函数接口等。
2. 编写初始化函数：初始化函数负责配置硬件设备的寄存器，并将其设置为适当的工作状态。
3. 编写读写函数：根据硬件设备的功能要求，编写相应的读写函数。
使用合适的通信协议与设备进行通信。
4. 实现中断处理：如果硬件设备支持中断功能，我们需要编写中断处理函数，用于处理硬件设备的中断事件。
嵌入式系统中的驱动程序设计与实现
嵌入式系统中的驱动程序设计与实现第一章：嵌入式系统概述嵌入式系统是一种专用型计算机系统，通常包含微处理器、存储器、输入/输出接口和其他外围设备。
这些系统被设计用于执行特定的任务或实现特定的功能。
相对于一般的计算机系统，嵌入式系统通常更加小巧、节能、稳定和高效。
嵌入式系统的应用领域非常广泛，涉及到自动控制、计算机网络、医疗、工业自动化、汽车电子、智能家居等众多领域。
从智能手机和平板电脑，到高铁和飞机上的控制系统，嵌入式系统已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
在开发嵌入式系统时，驱动程序是一个非常重要的部分。
驱动程序是一种软件模块，用于控制硬件设备的操作和管理。
它将应用程序与底层硬件之间进行了有效的沟通。
在接下来的章节中，我们将详细介绍嵌入式系统中的驱动程序设计与实现。
第二章：驱动程序的架构嵌入式系统中的驱动程序通常包含两个部分：设备驱动和主程序。
设备驱动负责控制硬件设备的操作和管理。
它向主程序提供硬件抽象层，屏蔽了硬件底层的细节。
主程序则利用设备驱动提供的接口，完成相应的应用功能。
驱动程序的架构通常遵循一般软件工程的设计原则，实现结构分层、模块化、可复用的代码。
设备驱动可以按照不同的硬件设备进行分类，比如网络设备驱动、磁盘设备驱动、串口设备驱动等。
在实现时，可以采用面向对象编程思想，使得代码的设计更加清晰明了。
第三章：驱动程序的实现实现驱动程序的过程通常可以分为以下四个步骤：1. 设备地址映射在计算机系统中，设备通常被映射到一定的地址空间中。
驱动程序需要获取设备的物理地址，并将其映射到操作系统的虚拟地址空间中。
这样，驱动程序才能正确地与硬件设备进行交互。
2. 硬件的初始化和配置在设备地址映射成功后，驱动程序需要对硬件进行初始化和配置，以确保硬件设备能够正常运行。
比如，对于一个串口设备，驱动程序需要配置波特率、数据位、校验位等参数。
3. 设备操作的实现驱动程序的核心是硬件设备的操作函数实现。
驱动程序需要对不同的设备类型实现不同的操作函数，例如对于网络设备，包括接收和发送数据的实现；对于磁盘设备，包括读写数据的实现。
嵌入式系统设计师核心讲义概要
嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成一、嵌入式系统的定义1.IEEE定义2.国内定义二、嵌入式系统的发展概述1.嵌入式系统的发展历史2.嵌入式系统的发展趋势3.知识产权核三、嵌入式系统的组成1.概述2.硬件层3.中间层4.系统软件层5.应用软件层四、实时系统1.实时系统定义2.实时系统特点3.实时系统调度4.实时系统分类5.实时任务分类1.2 嵌入式微处理器体系结构一、冯诺依曼与哈佛结构1.冯诺依曼结构2.哈佛结构二、CISC与RISC1.复杂指令集计算机(CISC)2.精简指令集计算机(RISC)三、流水线技术1.流水线的基本概念2.流水线技术的特点3.流水线结构的分类4.流水线处理机的主要指标四、信息存储的字节顺序1.大端和小端存储法2.可移植性问题3.通信中的存储顺序问题4.数据格式的存储顺序1.3 嵌入式系统的硬件基础一、组合逻辑电路基础1.组合逻辑电路概述2.真值表3.布尔代数4.门电路5.译码器6.数据选择器和数据分配器二、时序逻辑电路1.时钟信号2.触发器3.寄存器与移位器4.计数器三、总线电路及信号驱动1.总线2.三态门3.总线的负载能力4.单向和双向总线驱动器5.总线复用6.总线通信协议7.总线仲裁四、电平转换电路1.数字集成电路的分类2.常用数字集成电路逻辑电平接口技术五、可编程逻辑器件基础1.可编程逻辑器件（PLD）概述2.PLD的电路表示法3.可编程阵列逻辑器件PAL和可编程逻辑阵列PLA4.可编程通用阵列逻辑器件GAL5.门阵列GA6.可编程程序门阵列PGA1.4嵌入式系统中信息表示和运算基础一、进位计数制与转换1.二进制2.十六进制3.数制表示4.数制转换二、计算机中数的表示1.基本概念2.数的定点和浮点表示三、非数值数据编码1.非数值数据定义2.字符和字符串的表示方法3.汉字的表示方法4.统一代码5.语音编码四、差错控制编码1.引入2.基本原理3.差错控制码分类4.常用的差错控制编码1.5嵌入式系统的性能评价一、质量项目1.性能指标2.可靠性与安全性3.可维护性4.可用性5.功耗6.环境适应性7.通用性8.安全性9.保密性10.可扩展性11.其他指标二、评价方法1.测量法2.模型法三、评估嵌入式系统处理器的主要指标1.MIPS测试基准2.Dhrystone3.EEMBC嵌入式微处理器与接口知识2.1嵌入式微处理器的结构和类型一、嵌入式微处理器1.定义2.组成3.分类二、典型8位微处理器结构和特点1.8位微处理器2.8051微处理器三、典型16位微处理器结构和特点1.16位微处理器2.16位微处理器MC68HC912DG128A四、典型32位微处理器结构和特点1.ARM处理器2.MIPS系列3.PowerPC五、DSP处理器结构和特点1.数字信号处理器的特点2.典型的数字信号处理器3.DSP的发展方向六、多核处理器的结构和特点1.多核处理器概述2.典型多核处理器介绍2.2嵌入式系统的存储体系一、存储器系统概述1.存储器系统的层次结构2.高速缓存（cache）3.存储管理单元MMU二、嵌入式系统存储设备分类1.嵌入式系统的存储器2.存储器部件的分类3.存储器的组织和结构的描述三、ROM的种类和选型1.常见ROM的种类2.PROM、EPROM、E2PROM型ROM的各自典型特征和不同点四、Flash Memory的种类和选型1.Flash Memory的种类（NOR和NAND型）2.NOR和NAND型Flash Memory各自的典型特征和不同点五、RAM的种类和选型1.常见RAM的种类（SRAM、DRAM、DDRAM）2.SRAM、DRAM、DDRAM各自的典型特征和不同点六、外部存储器的种类和选型1.外存概述2.硬盘存储器的基本结构与分类3.光盘存储器4.标准存储卡（CF卡）5.安全数据卡（SD卡）2.3嵌入式系统输入输出设备一、嵌入式系统常用输入输出设备1.概述2.键盘、鼠标3.触摸屏4.显示器5.打印机6.图形图像摄影输入设备二、GPIO原理与结构1.原理2.结构三、AD接口的基本原理和结构1.概述2.AD转换方法3.AD转换的重要指标四、DA接口的基本原理和结构1.DA转换的工作原理2.DA转换的主要指标五、键盘接口基本原理与结构1.键盘的分类2.用ARM芯片实现键盘接口六、显示接口的基本原理与结构1.液晶显示器LCD显示接口原理与结构2.电致发光3.LCD种类4.LCD的设计方法5.其他显示接口原理与结构七、显示接口的基本原理与结构1.触摸屏原理2.电阻触摸屏的有关技术3.触摸屏的控制4.触摸屏与显示屏的配合八、音频接口基本原理与结构1.音频数据类型2.IIS音频接口总线2.4嵌入式系统总线接口一、串行接口基本原理与结构1.串行通信的概念2.串行数据传送模式3.RS232串行接口4.RS422串行接口5.RS485串行总线接口二、并行接口基本原理与结构1.并行接口的分类2.并行总线三、PCI总线1.概述2.特点3.32位PCI系统的引脚分类4.PCI总线进行读操作四、USB通用串行总线1.概念2.主要性能特点B系统描述4.物理接口B电压规范6.总线协议7.健壮性B接口工作原理五、SPI串行外围设备接口1.概念2.使用信号3.同外设进行连接以及原理4.工作模式六、IIC总线1.概念2.特点3.操作模式4.通用传输过程及格式5.工作原理七、PCMCIA接口1.内存卡的种类2.16位PCMCIA接口的规范与结构2.5嵌入式系统网络接口一、以太网接口基本原理与结构1.以太网基础知识2.嵌入式以太网接口的实现方法3.在嵌入式系统中主要处理的以太网协议4.网络编程接口二、CAN总线1.概念2.特点3.位时间的组成4.CAN总线的帧数据格式5.在嵌入式处理器上扩展CAN总线接口三、XDSL接口的基本原理和结构1.概念2.XDSL技术的分析3.各类XDSL的特点四、无线以太网基本原理与结构1.概念2.标准3.网络结构4.接口设计和调试五、蓝牙接口基本原理与结构1.蓝牙技术2.蓝牙技术的特点3.蓝牙接口的组成4.链路管理与控制5.蓝牙接口的主要应用六、1394接口基本原理与结构1.发展过程2.应用领域3.IEEE 1394的特点4.IEEE 1394的协议结构2.6嵌入式系统电源一、电源接口技术1.AC电源2.电池3.稳压器二、电源管理技术1.电源管理技术2.降低功耗的设计技术2.7电子电路设计基础一、电路设计1.电路设计原理2.电路设计方法（有效步骤）二、PCB电路设计1.PCB设计原理2.PCB设计方法（有效步骤）3.多层PCB设计的注意事项（布线的原则）4.PCB螯合剂中的可靠性知识三、电子设计1.电子设计原理四、电子电路测试1.电子电路测试原理与方法2.硬件抗干扰测试嵌入式系统软件及操作系统知识3.1嵌入式软件基础一、嵌入式软件概述1.嵌入式软件的定义2.嵌入式软件的特点二、嵌入式软件分类1.系统软件2.应用软件3.支撑软件三、嵌入式软件的体系结构1.无操作系统的情形2.有操作系统的情形四、设备驱动层1.板级支持包2.引导加载程序3.设备驱动程序五、嵌入式中间件1.定义2.基本思想3.分类3.2嵌入式操作系统概述一、嵌入式操作系统的概念1.概述2.功能3.特点4.组件二、嵌入式操作系统的分类1.按系统的类型分类2.按响应时间分类3.按软件结构分类三、常见的嵌入式操作系统1.Vxworks2.嵌入式linux3.Windows CE4.Uc/os-II5.Palm OS3.3任务管理一、单道程序技术和多道程序技术1.定义2.实例二、进程、线程和任务1.进程2.线程3.任务三、任务的实现1.任务的层次结构2.任务的创建与终止3.任务的状态4.任务控制块TCB5.任务切换6.任务队列四、任务调度1.任务调度概述2.先来先服务算法3.短作业优先算法4.时间片轮转算法5.优先级算法五、实时系统调度1.任务模型2.RMS算法（单调速率调度算法）3.EDF算法（最早期限优先调度算法）六、任务间的同步与互斥1.任务之间的关系2.任务互斥3.任务互斥的解决方案4.信号量5.任务同步6.死锁7.信号七、任务间通信1.概念2.分类3.共享内存4.消息传递5.管道3.4存储管理一、存储管理概述1.存储管理方式2.内存保护3.实时性要求二、存储管理方案的种类1.实模式方案2.保护模式方案三、分区存储管理1.概念2.固定分区存储管理3.可变分区存储管理4.分区存储管理实例四、地址映射1.地址映射概述2.静态地址映射3.动态地址映射五、页式存储管理1.基本原理2.数据结构3.内存的分配与回收4.地址映射5.页式存储管理方案的特点六、虚拟存储管理1.程序局部性原理2.虚拟页式存储管理3.页面置换算法4.工作集模型3.5设备管理一、设备管理基础1.概述2.访问硬件寄存器的方法二、IO控制方式1.程序循环检测方式2.中断驱动方式3.直接内存访问方式（DMA）三、IO软件1.中断处理程序2.设备驱动程序3.设备独立的IO软件4.用户空间的IO软件3.6文件系统一、嵌入式文件系统概述1.基本概念2.嵌入式文件系统同桌面文件系统的区别3.常见的嵌入式文件系统二、文件和目录1.文件的基本概念2.文件的使用3.目录三、文件系统的实现1.数据块2.文件的实现3.目录的实现4.空闲空间管理嵌入式软件程序设计4.1嵌入式软件开发概述一、嵌入式应用开发过程1.步骤2.与桌面系统开发的区别3.示例二、嵌入式软件开发的特点1.需要交叉编译工具2.通过仿真手段调试3.开发板是中间目标机4.可利用的资源有限5.需要与硬件打交道三、嵌入式软件开发的挑战1.软硬件协同设计2.嵌入式操作系统3.代码优化4.有限的IO功能4.2嵌入式程序设计语言一、概述二、程序设计语言概述1.低级语言与高级语言2.汇编程序、编译程序、解释程序3.程序设计语言的定义4.程序语言的发展概述5.嵌入式程序设计语言三、汇编语言1.基本原理2.ARM汇编语言四、面向过程的语言1.基本概念2.数据成分3.运算成分程序语言的运算成分4.控制成分五、面向对象的语言1.面向对象的基本概念2.面向对象的程序设计语言六、汇编、编译与解释程序的基本原理1.汇编程序基本原理2.编译程序基本原理3.解释程序基本原理4.3嵌入式软件开发环境一、要求二、宿主机、目标机1.宿主机2.目标机3.宿主机与目标机的连接三、嵌入式软件开发工具1.软件开发阶段2.编辑器3.编译器4.调试及调试工具5.软件工程工具四、集成开发环境1.IDE的发展2.Tornado3.WindowsCE应用程序开发工具4.Linux环境下的集成开发环境4.4嵌入式软件开发一、嵌入式平台选型1.嵌入式系统设计的阶段2.软硬件平台的选择二、软件设计1.软件设计的任务2.模块结构设计3.结构化软件设计方法4.面向对象软件设计方法三、嵌入式程序设计1.BootLoader设计2.设备驱动程序设计3.网络应用程序设计四、编码1.编码过程2.编码准则3.编码技术五、测试1.软件测试2.测试的任务3.测试的方法和分类4.嵌入式软件测试的步骤5.覆盖测试六、下载和运行1.TFTP2.编程器的固化4.5嵌入式软件移植一、概述1.嵌入式软件的特点2.可移植性和可重用性的考虑3.嵌入式应用软件的开发4.嵌入式软件的移植二、无操作系统的软件移植1.概述2.基于层次化的嵌入式应用软件的设计三、有操作系统的软件移植1.概述2.示例四、应用软件的移植1.应用软件实现涉及的两方面2.移植应用软件是需考虑的因素3.软件开发时需遵守的原则嵌入式系统开发与维护知识5.1系统开发过程及其项目管理一、概述二、系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法1.常用开发模型1.1边做边修改模型1.2瀑布模型1.3快速原型模型1.4增量模型1.5螺旋模型1.6演化模型2.需求分析3.设计3.1系统架构设计3.2硬件子系统设计3.3软件子系统设计4.系统集成与测试三、系统开发项目管理基础知识及常用的管理工具1.项目管理概述2.项目范围管理3.项目成本管理4.项目时间管理5.软件配置管理6.软件配置管理的解决方案四、系统开发工具与环境知识1.建模工具2.编程工具3.测试工具5.2系统分析基础知识一、系统分析的目的和任务1.需求工程的概念2.相关术语二、用户需求1.概念2.关于Ada编程环境的需求示例3.编辑软件设计模型的CASE需求文档的示例4.特别的用户需求示例三、系统需求1.概念2.替代自然语言描述的系统分析方法四、系统规格说明书的编写方法1.系统规格说明书2.书写用户需求应遵循的简单原则3.需求文档的可能用户以及使用文档的方式4.Heninger（1980）对软件需求文档提出的要求5.IEEE标准为需求文档提出的结构6.编写系统规格说明书应重点注意的内容5.3系统设计知识一、传统的设计方法1.瀑布模型的组成部分2.瀑布模型法的优缺点3.传统的嵌入式系统的设计4.软硬件协同设计二、实时系统分析与设计1.实时系统分析阶段的主要任务2.实时系统的开发方法三、软硬件协同设计方法1.软硬件协同设计在实际应用中的表现2.软硬件协同设计的流程3.软硬件协同设计的优点4.系统涉及到组成部分5.4系统实施基础一、系统架构设计1.系统架构设计在软件生命周期中的作用2.系统架构设计原则和概念二、系统详细设计1.系统详细设计在软件生命周期中的作用2.系统详细设计阶段用到的设计方法概述三、系统测试1.系统测试在软件生命周期中的作用2.系统测试类型3.系统测试的策略5.5系统维护知识一、系统运行管理1.运行管理制度2.日常运行管理内容3.系统软件及文档管理二、系统维护知识1.系统可维护性概念2.系统维护的内容及类型3.系统维护的管理和步骤三、系统评价知识1.系统评价的目的和任务2.系统评价的指标嵌入式系统设计6.1嵌入式系统设计的特点一、嵌入式系统设计的主要任务二、嵌入式系统的设计方法三、嵌入式系统的特点1.软硬件协调并行开发2.嵌入式系统通常是面向特定应用的系统3.实时嵌入式操作系统的多样性RTOS4.与台式机相比，可利用资源很少5.嵌入式系统设计需要交叉开发环境6.嵌入式系统的程序需要固化7.嵌入式系统的软件开发难度较大8.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持9.其他方面6.2嵌入式系统的设计流程一、概述1.嵌入式系统的设计和开发要求2.嵌入式系统的设计和开发流程的阶段二、产品定义1.产品功能与产品性能2.产品定义三、嵌入式系统的软硬件划分1.性能原则2.性价比原则3.资源利用率原则四、嵌入式系统硬件设计1.概述2.嵌入式系统硬件的选择3.硬件功能模块划分4.硬件的可靠性五、嵌入式系统的软件设计1.嵌入式开发过程中的角色2.进行嵌入式系统软件设计时需要考虑的方面六、系统集成和测试1.系统集成过程中，可以分阶段运行测试程序2.嵌入式系统集成过程中的调试工具3.嵌入式系统的软件测试的方法6.3设计示例：嵌入式数控系统一、嵌入式系统采用的设计方法1.传统设计方法2.软硬件协同设计方法二、数控系统简介1.概述C系统构成三、需求分析1.功能要求2.非功能要求四、系统体系结构设计1.系统软硬件划分2.硬件系统划分3.系统软件功能划分五、硬件设计1.板级设计2.芯片级硬件设计六、软件设计1.软件接口设计2.系统软件模块划分七、系统集成与测试1.功能干涉测试2.压力测试3.容量测试4.性能测试5.安全测试6.容错测试。
嵌入式系统设计与开发教材
集成加密、解密、身份验证等功能的硬件模块，提供安全存储和 运算环境。
电磁屏蔽与干扰防护
采用电磁屏蔽材料和干扰抑全防护策略
安全启动机制
确保系统启动过程中软件的完整性和真实性，防止恶意代 码注入。
访问控制策略
对系统资源进行访问控制，防止未经授权的访问和操作。
应用程序调试方法
介绍应用程序调试的常用方法， 如断点调试、单步执行、变量监 视等，并分析它们的优缺点和适 用场景。
软件调试和测试方法
软件调试方法
详细阐述软件调试的方法， 包括静态调试和动态调试， 以及常见的调试工具和技巧
。
软件测试方法
介绍软件测试的基本概念、 分类和方法，包括单元测试 、集成测试和系统测试等， 并分析它们在嵌入式软件开
汽车电子领域
如车载导航、自动驾驶辅助系 统、智能座舱等，嵌入式系统 的应用不断推动汽车智能化发 展。
航空航天领域
如飞机导航系统、卫星控制系 统等，嵌入式系统的高可靠性
和高性能得到了广泛应用。
02 嵌入式系统硬件设计
处理器选型及原理
常用嵌入式处理器类型
包括微控制器、数字信号处理器、嵌入式微 处理器等。
远程升级和固件更新机制
远程升级协议
制定安全的远程升级协议，确保固件更新过程的可靠性和完整性 。
固件验证机制
对更新的固件进行验证，确保其来源可靠且未被篡改。
断点续传和回滚机制
支持断点续传和回滚功能，确保固件更新过程的稳定性和容错性。
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特点
嵌入式系统通常具有功耗低、体 积小、实时性强、可靠性高等特 点，且软硬件可裁剪，以适应不 同应用需求。
电脑嵌入式系统的设计与开发
电脑嵌入式系统的设计与开发嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，其设计和开发主要用于嵌入到其他设备或系统中，以执行特定任务。
而电脑嵌入式系统则是在计算机硬件上运行的嵌入式系统。
下面将探讨电脑嵌入式系统的设计与开发。
一、引言电脑嵌入式系统的设计与开发日益重要，随着技术的发展，它在各行各业中发挥着重要作用。
本文将从系统设计的角度讨论电脑嵌入式系统的开发过程和关键要点。
二、需求分析在进行系统设计前，首先需要对需求进行分析。
确定系统的功能需求、性能需求和可靠性需求，考虑用户的特定需求并明确目标。
三、系统架构设计系统架构设计是电脑嵌入式系统设计的基础。
它包括硬件设计和软件设计两个方面。
1. 硬件设计硬件设计主要涉及处理器、内存、存储器、接口等硬件设备的选择和配置。
需要根据系统需求选择适合的硬件组件，并进行合理的布局和连接。
2. 软件设计软件设计包括操作系统选择、驱动程序开发、应用程序设计等方面。
合适的操作系统可以提供良好的系统支持和资源管理，驱动程序则是实现硬件与软件的有效交互。
应用程序的设计应考虑系统的功能需求，并进行模块化设计和优化。
四、嵌入式系统开发流程嵌入式系统的开发流程可以分为需求分析、概要设计、详细设计、编码实现、测试验证和部署维护等阶段。
1. 需求分析根据实际需求，明确系统的功能、性能和可靠性需求，确定系统的基本架构和接口要求。
2. 概要设计在概要设计阶段，完成系统的整体设计，包括硬件和软件的架构设计、模块划分和接口定义等。
3. 详细设计在详细设计阶段，对系统的各个模块进行详细设计，包括具体的算法、数据结构和接口设计等。
4. 编码实现在编码实现阶段，根据详细设计的结果进行程序编码和开发，实现系统的各个模块，并进行模块测试和集成测试。
5. 测试验证在测试验证阶段，对系统进行各个方面的测试和验证，包括功能测试、性能测试、可靠性测试等，确保系统满足需求并达到预期效果。
6. 部署维护在系统开发完成后，进行系统部署和维护，包括系统的安装、配置和后续的更新和修复工作。
嵌入式系统设计
嵌入式系统设计嵌入式系统设计是指针对特定应用领域的需求，将硬件和软件相结合，设计和开发一种特定功能的计算机系统。
这种系统通常被嵌入到其他设备中，以控制和管理设备的操作。
1. 嵌入式系统设计的基本概念:嵌入式系统是一种专用计算机系统，它被嵌入到其他设备中，用于实现特定的功能。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统设计要考虑资源有限、功耗低、尺寸小等因素。
嵌入式系统设计需要深入了解应用领域的需求，选择适合的处理器、外设和软件平台来实现系统功能。
2. 嵌入式系统设计的硬件层面:在嵌入式系统设计中，硬件层面主要涉及选择适当的处理器、外设和电路设计。
处理器选择要考虑功耗、性能和成本等因素。
外设选择要根据系统功能需求，例如传感器、执行器、通信接口等。
电路设计要考虑电源管理、时序控制、信号处理等。
3. 嵌入式系统设计的软件层面:嵌入式系统设计的软件层面主要涉及系统软件和应用软件的开发。
系统软件包括操作系统、驱动程序等，用于管理硬件资源和提供系统服务。
应用软件则根据系统功能需求开发，例如数据处理、通信协议等。
在嵌入式系统设计中，软件的优化和调试是非常重要的，以确保系统的稳定性和性能。
4. 嵌入式系统设计的系统集成:嵌入式系统设计的一个重要环节是系统集成。
在集成过程中，将硬件和软件组合在一起，进行功能验证和调试。
系统集成要考虑硬件和软件之间的接口和通信，确保各个组件能够正常协同工作。
同时，还需要进行性能测试和系统验证，以确保系统能够满足设计要求。
5. 嵌入式系统设计的开发流程:嵌入式系统设计的开发流程通常包括需求分析、系统设计、硬件开发、软件开发、系统集成和测试等阶段。
在需求分析阶段，要明确系统功能和性能需求。
在系统设计阶段，要选择合适的处理器、外设和软件平台，并进行系统架构设计。
在硬件开发和软件开发阶段，要分别进行硬件和软件的详细设计和开发。
在系统集成和测试阶段，要进行功能验证和性能测试，确保系统能够正常工作。
综上所述，嵌入式系统设计是一项综合性的工程，涉及硬件和软件两个层面。
《嵌入式系统基础》课程教学大纲
嵌入式系统基础课程教学大纲（EmbeddedMicroprocessorSystem）学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务本课程是计算机科学与技术专业本科生的一门专业选修课程。
通过本课程的学习，使学生掌握嵌入式系统的基础知识，熟悉典型的嵌入式微处理器及嵌入式操作系统，掌握嵌入式系统的一般设计方法与开发过程，具备初步的嵌入式系统的软硬件设计开发能力，为嵌入式系统的实际应用打下基础。
二、课程教学的基本要求（一）掌握嵌入式系统的基本概念、基本组成及发展、嵌入式处理器及嵌入式操作系统分类（二）掌握ARM嵌入式微处理器体系结构、ARM指令系统及ARM汇编语言（H）掌握嵌入式1inUX 操作系统内核结构及文件系统（四）掌握嵌入式系统的一般设计流程、典型开发环境及开发工具（五）掌握基于ARM嵌入式微处理器的典型接口设计（六）初步掌握基于嵌入式1inUX操作系统的软件设计三、课程的教学内容、重点和难点第一章嵌入式系统基础知识一、嵌入式系统简介二、嵌入式处理器第二章嵌入式系统一般设计方法一、嵌入式系统的层次结构二、嵌入式系统的设计流程第三章ARM处理器体系结构及指令系统一、ARM微处理器的体系结构二、指令系统三、基于ARM体系的汇编语言程序设计第四章基于ARM处理器的硬件平台设计一、基于微处理器的嵌入式系统的硬件设计二、存储系统的分析与设计三、通用I/O接口的设计第五章嵌入式1inux操作系统一、1i1IUX及其应用二、嵌入式1inux内核三、嵌入式1inUX文件系统第六章嵌入式1inux系统的Boot1oader设计一、Boot1oader的基本概念二、Boot1oader的具体实现重点：Boot1oader的基本概念难点：BOOt1Oader的具体实现第七章嵌入式1inux程序设计基础一、嵌入式1inUX开发基础二、1inUX的常用工具三、嵌入式1inUX操作系统的开发工具四、交叉开发环境重点：嵌入式1inUX操作系统的开发工具、难点：交叉开发环境第八章嵌入式1inux系统的驱动开发一、1inUX下的设备驱动程序简介二、设备驱动程序的开发过程三、典型设备驱动程序设计分析第九章嵌入式网络程序设计一、嵌入式以太网基础知识二、以太网接口设计三、1in1IX网络编程实现重点：以太网接口设计、1inUX网络编程实现难点：1inUX网络编程实现第十章嵌入式1inux图形用户界面编程一、1inux图形开发基础二、嵌入式1inIIX图形用户界面简介四、课程各教学环节要求（一）作业根据课程学习需要，安排适当课外作业。
嵌入式软件概要设计模板
嵌入式软件概要设计模板1.前言本文旨在对嵌入式软件进行概要设计，以便于后续的详细设计和实现。
在本文中，我们将介绍编写目的、项目背景、定义和参考资料等内容。
1.1 编写目的本文的编写目的是为了规范嵌入式软件的设计过程，确保软件的可靠性和稳定性。
同时，本文也为后续的详细设计提供了基础。
1.2 项目背景本项目是为了开发一款嵌入式设备而进行的，该设备将用于监测环境温度和湿度等参数，并将数据传输到云端进行处理和分析。
1.3 定义在本文中，我们将使用以下术语：嵌入式软件：指运行在嵌入式设备上的软件。
设备：指嵌入式设备。
云端：指云计算平台。
1.4 参考资料本文的编写参考了以下资料：嵌入式系统设计与开发嵌入式软件开发流程2.版本变更说明本文的版本变更如下：版本号变更内容日期1.0 初稿 2021年5月1日3.任务概述3.1 目标本文的目标是对嵌入式软件进行概要设计，包括软件的功能、模块划分、接口设计等方面。
同时，本文也将对软件的性能、可靠性和可扩展性等方面进行考虑。
嵌入式软件运行环境总体设计系统描述本文主要介绍嵌入式软件的运行环境和总体设计。
嵌入式软件是指嵌入到设备中的软件，这些设备包括电子产品、汽车、医疗设备等。
嵌入式软件的运行环境包括硬件平台、操作系统、驱动程序和应用程序等。
设计约定在总体设计中，我们需要遵循一些设计约定，以确保软件的可靠性和稳定性。
这些约定包括代码规范、接口设计、数据结构设计等。
我们还需要考虑软件的可维护性和可扩展性。
总体结构总体结构是指软件系统的组成部分和它们之间的关系。
在嵌入式软件中，总体结构通常包括应用程序、操作系统、驱动程序和硬件平台等。
这些组成部分之间需要协同工作，以实现设备的功能。
处理流程处理流程是指软件系统中数据的处理流程。
在嵌入式软件中，数据流通常是从传感器或其他设备获取的，然后通过处理流程进行处理。
处理流程包括数据采集、数据处理和数据输出等。
安全关键部件的设计识别安全关键部件在嵌入式软件中，安全关键部件是指对设备安全运行至关重要的部件。
嵌入式系统设计
嵌入式系统设计嵌入式系统设计是一门涉及硬件和软件的综合学科，其目标是开发出能够嵌入在其他系统中运行的高效、可靠的系统。
本文将介绍嵌入式系统设计的基本概念、设计流程以及常见的嵌入式系统应用。
第一节：嵌入式系统设计概述嵌入式系统是指被嵌入在其他设备或系统中的计算机系统。
与通用计算机系统相比，嵌入式系统通常具有小巧、低功耗、低成本以及特定功能等特点。
嵌入式系统常见于家电、汽车、电子设备等各个领域。
嵌入式系统设计包括硬件设计和软件设计两个主要方面。
硬件设计主要涉及电路设计、选择合适的处理器和传感器等；而软件设计则包括嵌入式操作系统的选择和驱动程序的开发等。
嵌入式系统设计需要工程师具备深厚的硬件和软件知识。
第二节：嵌入式系统设计流程1. 确定需求：了解系统的功能需求和约束条件，包括性能要求、成本限制和电源要求等。
2. 系统架构设计：确定系统的整体架构，包括硬件和软件的设计组件、接口标准和数据流程等。
3. 硬件设计：根据系统需求和架构设计，进行电路设计、PCB布局、传感器和接口的选择等。
4. 软件设计：选择合适的嵌入式操作系统，编写驱动程序和应用程序，实现系统功能。
5. 集成和测试：将硬件和软件组合在一起进行系统集成，进行功能测试和性能验证。
6. 优化和调试：根据测试结果进行优化，解决可能存在的问题和bug。
第三节：嵌入式系统应用1. 汽车电子：现代汽车中包含大量的嵌入式系统，如发动机管理系统、安全气囊系统和娱乐系统等。
2. 智能家居：随着物联网的发展，嵌入式系统在智能家居中的应用越来越广泛，如智能照明系统和智能家电控制系统等。
3. 医疗设备：嵌入式系统在医疗设备中发挥着重要作用，如心脏起搏器和体温监测仪等。
4. 工业控制系统：嵌入式系统在工业领域中用于自动化控制和监视，例如工厂自动化系统和智能仓储系统。
结论嵌入式系统设计是一门综合性学科，涉及硬件和软件的设计。
从需求确定到系统优化，设计流程严谨且复杂。
嵌入式系统应用广泛，涵盖了汽车、智能家居、医疗设备和工业控制系统等众多领域。
嵌入式Linux操作系统设备驱动程序设计与实现
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摘要 ：主要 阐述 了嵌入 式 Ｌ ｕ ｉ ｘ设备 驱动 程序 的概 念 ，归纳嵌 入式 Ｌ ｕ ｎ ｉ ｘ设备 驱动程 序 的共 性 ， 讨嵌入 式 Ｌ ｕ ｎ 探 ｉ ｘ设备 ｎ 驱 动程序 具 体 开发 流程 以及驱 动程 序的 关键 代码 ，总结嵌入 式 Ｌ ｕ 设 备驱 动程 序 开发 的主 导思 想。 ｉｘ ｎ 关键 词 ：嵌入 式 系统 ；Ｌｎ ｘ ｉ ；设 备 驱动程 序 ；内核 ｕ
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嵌入式Linux操作系统设备驱动程序设计与实现
Ｑ ｉ — ｉｇ ＬＵ Ｔ ｏ Ｕ Ｘａ ｐｎ ，Ｉ ａ ｏ
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钟 函数 。
信、 数码产 品、 网络设备 、 全系统等领域 。越来越 多的公 司 、 安 研 究单位 、 大专 院校 、 以及个 人开始 进行嵌入 式系统 的研究 ， 嵌入 式系统设计将是未来相 当长一段时 间内研究 的热点 。
１ Ｌｎ ｘ设 备 驱动 程序 概述 ｉｕ
嵌人式 Ｌｎｘ以其可应用于多种 硬件平 台 、内核高效稳定 、 ｉｕ
源码开放 、软件丰富 、网络通信和文件管理机 制完善等优 良特
性， 成为嵌入式系统领域 中的一个研究热点 。嵌入式 Ｌｎｘ系统 ｉｕ
中 ，内核提供保 护机 制 ，用户空间 的进程一般不 能直 接访 问硬
件。 进行嵌入式系统的开发 ， 很大的工作量是为各种设 备编写驱
动程序 ， 除非系统不使用操作系统 。 ｉｕ 设备驱动程序在 Ｌｎｘ Ｌｎ ｘ ｉｕ 内核源代码 中占有很 大比例 ， ２０ ２ 从 ．、． ２４版本的 内核 ， ２到 ． 源代 码 的长度 ｔ益增加 ， ３ 其实主要是设备驱动程序在 增加 。 设备驱 动程序在 Ｌｎ ｘ内核 中占有极其重要的位置 ， ｉｕ 它是 内 核用于完成对物理设备 的控制操作 的功能模块 。 除了 Ｃ Ｕ、 Ｐ 内存 以及其他很少的几个部分之外 ，所有 的设备 控制操作都必须 由 与被控设备相关 的代码 ， 也就是驱 动程序来完成 。内核必须包括 与系统 中的每个外部设备对应 的驱动程序 。否则设备 就无法在 Ｌｎ ｘ ｉ 下正常工作。这就是驱 动程序开发成为 Ｌｎ ｘ内核开发 的 ｕ ｉｕ
嵌入式Linux设备驱动程序开发ppt课件
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10.1 嵌入式Linux驱动程序开发基础
② int schedule_work(struct work_struct *work) ③int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay) ④void flush_scheduled_work(void)
Linux将设备按照功能特性划分为三种类型：字符设 备，块设备和网络设备。 10.1.2 最简单的内核模块 1．helloworld模块源代码 2．模块的编译 3．模块的加载和卸载
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10.1 嵌入式Linux驱动程序开发基础
10.2 嵌入式Linux设备驱动重要技术 10.2.1 内存与I/O端口 （1）内核空间和用户空间 （2）内核中内存分配 内核中获取内存的几种方式如下。 ①通过伙伴算法分配大片物理内存 ②通过slab缓冲区分配小片物理内存 ③非连续内存区分配 ④高端内存映射 ⑤固定线性地址映射
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10.1 嵌入式Linux驱动程序开发基础
1.原子操作 原子操作主要用于实现资源计数，很多引用计数(refcnt)就是 通过原子操作实现的。
原子类型定义如下： typedef struct { volatile int counter; } atomic_t; 原子操作通常用于实现资源的引用计数 2.信号量
信号量在创建时需要设置一个初始值. 3.读写信号量
读写信号量有两种实现:
一种是通用的，不依赖于硬件架构 一种是架构相关的
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10.1 嵌入式Linux驱动程序开发基础
读写信号量的相关API有： DECLARE_RWSEM(name) 该宏声明一个读写信号量name并对其进行初始化。 void init_rwsem(struct rw_semaphore *sem); 该函数对读写信号量sem进行初始化。 void down_read(struct rw_semaphore *sem);
精选嵌入式LINUX设备驱动程序课件
设备的控制操作
对设备的控制操作可通过文件操作数据结构中的ioctl()函数来完成。控制操作与具体的设备有密切关系，需要根据设备实际情况进行具体分析。
设备的轮询和中断处理
轮询方式对于不支持中断的硬件设备，读写时需要轮流查询设备的状态，以便决定随后的数据操作。如果轮询处理方式的驱动程序被链接到内核，则意味着查询过程中，内核一直处于闲置状态。解决办法是使用内核定时器，进行定期查询。
主设备号与次设备号
次设备号用于标识使用同一设备驱动程序的不同硬件，并仅由设备驱动程序解释 当应用程序操作某个设备文件时，Linux内核根据其主设备号调用相应的驱动程序，并从用户态进入内核态驱动程序判断次设备号，并完成相应的硬件操作。
用户空间和内核空间
Linux运行在2种模式下内核模式用户模式内核模式对应内核空间，而用户模式对应用户空间。驱动程序作为内核的一部分，它对应内核空间，应用程序不能直接访问其数据，
帧缓冲设备驱动程序
LCD分类
LCD可由为液晶照明的方式有两种：传送式和反射式传送式屏幕要使用外加光源照明，称为背光（backlight），照明光源要安装在LCD的背后。传送式LCD在正常光线及暗光线下，显示效果都很好，但在户外，尤其在日光下，很难辩清显示内容。 反射式屏幕，则不需要外加照明电源，使用周围环境的光线（或在某些笔记本中，使用前部照明系统的光线）。这样，反射式屏幕就没有背光，所以，此种屏幕在户外或光线充足的室内，才会有出色的显示效果，但在一般室内光线下，这种显示屏的显示效果就不及背光传送式的。
文件操作结构体的主要函数
open: 用于打开文件设备release: 在关闭文件的调用read: 用于从设备中读取数据write: 向设备发送数据poll: 查询设备是否可读或可写ioctl: 提供执行设备特定命令的方法fasync: 用于设备的异步通知操作
简述嵌入式系统设计过程
简述嵌入式系统设计过程嵌入式系统是指集成在其他系统或设备中的计算机系统，用于控制、监测或执行特定功能。
嵌入式系统设计过程包括需求分析、系统架构设计、硬件设计、软件设计、测试和验证等阶段。
首先，需求分析是嵌入式系统设计的第一步。
在这个阶段，设计团队与客户或系统的最终用户进行交流，了解系统的目标和需求。
设计团队需要确切地了解系统的功能、性能和接口要求，以便为系统定义明确的需求。
接下来是系统架构设计阶段。
在这个阶段，设计团队根据需求分析的结果和系统的特定要求，确定系统的总体架构。
这包括确定硬件平台、软件平台以及元件之间的关系和通信方式等。
设计团队需要考虑到系统的可扩展性、可维护性以及与其他系统的集成等因素。
硬件设计是嵌入式系统设计的一个重要环节。
在这个阶段，设计团队根据系统架构设计的要求，选择合适的处理器、存储器、传感器和其他电子元件。
然后进行电路设计和电路板布局，确保系统的稳定性和可靠性。
在硬件设计过程中，还要进行功耗优化和EMC（电磁兼容）设计等。
软件设计是嵌入式系统设计过程的另一个关键阶段。
在这个阶段，设计团队开发系统的软件部分，编写驱动程序、操作系统、中间件和应用程序等。
软件的设计要符合系统的功能和性能需求，同时要考虑系统的可靠性、响应时间和功耗等因素。
设计团队还需进行系统的集成和测试。
在集成阶段，设计团队将硬件和软件组件集成到一起，并进行调试和验证。
这包括硬件和软件之间的接口测试、系统的功能测试和性能测试等。
设计团队也需要进行系统的安全性和可靠性测试，以确保系统能够按照设计要求正常运行。
最后是系统的验证和验证。
在这个阶段，设计团队与客户或系统最终用户进行合作，对系统进行验证和验证。
这包括对系统的功能、性能和可靠性进行评估，以确保系统满足用户需求并在实际应用中正常运行。
在整个嵌入式系统设计过程中，设计团队需要密切合作，并按照设计阶段的顺序进行工作。
设计团队还需要持续进行沟通和交流，以保证系统的设计与最终用户的需求一致。
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2019/1/14
北林信息学院软件教研室
块设备
块设备是以固定大小的数据块进行存储和读写 的设备，例如硬盘、软盘、CD-ROM等。 为提高效率，对于块设备，系统利用一块系统 内存作为缓冲区，为块设备的读写提供了缓存 机制，由于涉及缓冲区管理、调度和同步等问 题，块设备实现起来比字符设备复杂得多。 块驱动程序，除了给内核提供和字符驱动一样 的接口外，还提供了专门面向块设备的接口， 块设备的接口必须支持挂载文件系统。
2019/1/14 北林信息学院软件教研室
8.3 Linux设备驱动程序原理
用户 空间 用户进程 标准C库
系统调用接口
内核 空间
文件系统（普通文件、设备文件）
设备驱动程序
硬件 空间
2019/1/14
I/O设备、通讯设备、存储设备
北林信息学院软件教研室
驱动程序与硬件
驱动程序是直接驱动硬件设备的程序，因此， 在驱动程序开发中，需要对开发的设备硬件非 常熟悉，通常是对硬件设备的寄存器设臵来完 成，这些需要查看相关芯片手册。 下面以LED驱动为例说明驱动程序与硬件设臵 的联系。在嵌入式系统中，通常会用GPIO口 与LED相连，通过设臵GPIO相关的寄存器来 控制LED的亮灭。
Linux操作系统的设备分类： 字符设备 块设备 网络设备
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
字符设备
字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作， 通常不使用缓冲技术。 典型的字符设备包括鼠标、键盘、串行口等。 字符设备驱动通常至少实现open、close、read 和write等系统调用。 与普通文件的区别主要在于大部分字符设备只 能顺序访问数据通道。
当一个驱动程序要控制若干个设备时，就要用次设备号来区分它们。
对自定义的产品设备，用户需定义设备的主设备号， 注意，自定义设备的主设备号不能与已存在的主设备 号冲突 通过位于文件系统/dev目录下的设备文件，可查看每 个设备的名称、主从设备号及文件属性等信息
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
查看设备文件
第 8章 嵌入式设备驱动程序设计
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
本章内容
8.1 设备驱动程序简介 8.2 Linux设备驱动程序分类 8.3 Linux设备驱动程序原理 8.4 设备驱动程序的框架 8.5 设备驱动程序的加载过程 8.6 驱动程序设计 8.7 Linux设备驱动代码的分布 8.8 Linux常见设备文件
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
网络设备
网络设备在Linxu操作系统里进行了专门的处理。 Linux的网络系统主要是基于BSD UNIX的 Socket机制。 在系统和驱动程序之间有专门的数据结构 （sk_buff）进行数据的传递，负责发送和接收 数据包。 系统支持对发送数据和接收数据的缓存，提供 流量控制机制，提供对多协议的支持。
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。 从用户角度出发，用户希望能使用同样的应用程序接口和 命令来访问设备和普通文件。
2019/1/14 北林信息学院软件教研室
Linux抽象了对硬件的处理，所有的硬件设备 都可以作为普通文件来看待；它们可以使用和 操作文件相同的、标准的系统调用接口来完成 打开、关闭、读写和I/O控制操作，而驱动程 序的主要任务也就是要实现这些系统调用。
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
设备驱动程序完成以下的功能:
对设备初始化和释放； 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据； 读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应 用程序请求的数据； 检测和处理设备出现的错误；
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
8.2 Linux设备驱动程序分类
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
8.3 Linux设备驱动程序原理
用户进程运行在用户空间，设备驱动程序工作在内核 空间 系统调用是用户进程进入内核空间的唯一通道。 每当用户进程使用系统调用时，都自动地将运行模式 从用户级转为内核级，此时进程在内核的地址空间中 运行。 Linux抽象了对硬件的处理，各种设备都以文件的形 式存放在/dev目录下，称为设备文件。 所有的硬件设备都可以作为普通文件来看待，应用程 序可以打开、关闭和读写这些设备文件，完成对设备 的操作，就像操作普通的数据文件一样
2019/1/14 北林信息学院软件教研室
驱动程序与系统调用
设备号 设备注册 驱动调用接口函数
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
设备号
嵌入式Linux系统通过设备号来区分不同设备。 设备号分为
主设备号
内核通过主设备号将设备与相应的驱动程序对应起来 主设备号的取值范围是0～255
次设备号
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
8.1 设备驱动程序简介
设备驱动程序（Device Driver）简称“驱动程序”， 是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，可以说 相当于硬件的接口。操作系统通过这个接口，才能控 制硬件设备的工作。 系统调用是操作系统内核和应用程序之间的接口 设备驱动程序是操作系统内核和机器硬件之间的接口 设备驱动程序作为内核模块动态加载 设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
驱动程序与硬件
GPIO驱动LED
2019/1/14
北林信息学院软件教研室
驱动程序与硬 Pin Direction Register）主要负责设 臵GPIO引脚为输入模式还是输出模式。当GPDR 寄存器的某一位为1时，其对应引脚为输出模式； 当GPDR寄存器的某一位为0时，其对应引脚为输 入模式。 GPSR（GPIO Pin Output Set Register）：当该寄 存器的某一位设臵为1时，其对应引脚为高电平。 GPCR（ GPIO Pin Output Clear Register）：当 该寄存器的某一位设臵为1时，其对应引脚为低电 平
举例：
ls -l /dev/ttyS2
输出：
crw-rw- - - - root 4,67 2003-01-30 /dev/ttyS2