学习嵌入式Linux驱动开发,最核心的技能就是能够编写Linux内核驱动、深入理解Linux内核。而做到这一步的基础,就是你要看得懂Linux内核源码,了解其基本的框架和具体实现,了解其内核API的使用方法,然后才能根据自己的需求写出高质量的内核驱动程序。

说易行难,很多新人、甚至工作1-2年的开发者刚接触Linux内核时,别说写了,看内核代码可能都是一脸懵逼:明明是C语言,但是就是看不懂是什么意思,除了根据函数名、函数参数、函数的返回值以及注释,了解整个函数的基本功能外,一旦分析其细节,你会发现,寸步难行,每一行代码似乎都深不可测,仿佛蕴含着极大的能量,于是你翻书、百度、Google,一步一步地向前推进。

这是很多初学者常用的学习方法,包括我在内,刚接触Linux内核驱动时,看到很多似曾相识,但仔细推敲起来又很陌生的内核代码,内心是崩溃的、心是虚的:乖乖,这是啥玩意,为什么看不懂,难道我智商有问题?就我一个人看不懂吗?甚至工作后我曾请教过很多工作经验的同事,想请教一些关于阅读内核的经验和方法,你会发现,他们很多其实对内核也没深入研究,除了自己负责的模块比较熟悉外(寄存器配置,数据流程),对于其它的模块也很少有时间和精力去关注,甚至关于本模块的框架也很少关注,当然,这大部分是精力和时间的关系,工作量的需求要求你快速通过各种API完成任务。甚至有同事会说,看Linux内核就像隔雾看花,朦胧一点比较好,不能细看,越细看越不懂。

但是,要想编写高质量的程序,对Linux内核、模块的理解肯定要深入的,否则,你就永远停留在外围,缝缝补补。根据我的各种学习经历和经验总结,Linux内核并不是坚不可摧、攻不可破,掌握了正确的学习方法和知识基础,我们也可以在内核的代码里遨游,领略Linux内核中C语言的各种奇妙应用和强大技巧,对Linux内核各种复杂的框架、子系统也可以指点江山,胸有成竹。

那学习Linux驱动、分析Linux内核源码之前,到底需要哪些知识储备和技能呢?

1)C语言基础+数据结构

Linux内核,好不夸张地说,就是由各种结构体、函数指针、链表、队列堆彻而成的。所以在进军Linux内核之前,你的C语言基础一定要打牢固:什么函数指针、指针函数、数组指针、指针数组、以及各种指针作为函数参数、返回值等等都要搞清楚,因为Linux内核中大量使用这些。这些都是基础,现在犯迷糊,看内核更是晕。关于C指针进阶学习,可以关注视频教程:C语言嵌入式Linux高级编程

除此之外,数据结构也是要掌握的,链表、队列在Linux内核中大量使用,所以必须要掌握。像其它的一些非线性数据结构:比如树、二叉树、红黑树等,对于做底层驱动的开发者来说,接触得很少,可以先不学,用到的时候再补也不迟。

2)C语言的语法扩展

在阅读Linux内核代码的过程中,你有没有感觉到,有些代码,看起来“怪怪的”,跟一般的C语言不太一样?看起来是C语言,仔细一分析,发现又看不懂了。

这些你看起来“怪怪的C语言代码”,其实都是GCC编译器对标准C语言的扩展语法:比如语句表达式、局部标签、__attribute__属性声明、可变参数宏等。这些GCC扩展的语法,在Linux内核、驱动源码中,广泛使用,尤其是涉及到底层启动、编译链接的一些设置。如果你不掌握这些扩展的C语言语法的使用,在阅读Linux内核源码、或驱动的过程中,可能就会遇到很多障碍,对我们理解代码造成各种干扰。

所以在打算阅读Linux源码之前,建议先学习下GNU C对标准C的常用扩展语法:王利涛的达人课或者视频教程:C语言嵌入式Linux高级编程第5期:C标准及GNU C扩展

学完了这个,扫除了阅读Linux源码的语法障碍,接下来可以选择一个自己感兴趣的小模块:先把这个模块留给用户的API玩熟,学会编程,再慢慢研究其内核内部的实现。从底层到上层,打通任督二脉,再去分析内核中,其它复杂的系统,也就触类旁通,比较容易上手了。

3)Linux内核中的面向对象思想

有了上面的基础,我们分析一个小的Linux内核模块,是没有问题的。当遇到一个大的复杂子系统,比如说USB子系统、内存管理、MTD、文件系统等,结构体里面嵌套多层结构体,各种device、bus、driver、各种层,是不是有点绕晕了?有种盲人摸象、在森林里迷路的感觉,把握不了“全局”。这时候,我们就不能使用C语言的面向过程思维了,Linux内核的设计其实大量使用了面向对象思想。因此,我们要学会用面向对象的思维去分析Linux内核,分析各个模块的复用,这样就很方便的在脑海中搭建出系统的框架和层次了。然后再使用面向过程思维去分析具体的功能实现、具体细节,多花点时间和精力,相信你会有不一样的收获的。关于Linux内核常用的数据结构和面向对象思想,可以关注教程:C语言嵌入式Linux高级编程第7期:Linux内核中的数据结构与数据封装

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