|
一、軟件、面向?qū)ο蟆④浖蚣?/font> 軟件是為了解決現(xiàn)實(shí)問題而產(chǎn)生的，面向?qū)ο蟮能浖季S是解決普遍現(xiàn)實(shí)問題的一種有效的抽象方法，而軟件框架指的是用面向?qū)ο蟮乃季S去解決某種特定領(lǐng)域的問題而專門設(shè)計的一套行之有效的解決方案。 一般地，JAVA/C++編程反映面向?qū)ο蟮能浖季S，而像Android Framework、Windows MFC和Linux的QT則代表應(yīng)用層的軟件框架。前述應(yīng)用框架要解決的問題包括應(yīng)用消息處理、UI控件顯示和處理、資源管理等等。軟件框架帶來的好處就是對于解決某個領(lǐng)域問題，框架會幫你完成80%的開發(fā)工作量，而你只需要完成20%的開發(fā)工作量。 Linux平臺上的各個子系統(tǒng)，如設(shè)備驅(qū)動模型、input子系統(tǒng)、I2C總線、frame buffer驅(qū)動等等都屬于軟件框架，它是針對特定的硬件體系需求以面向?qū)ο蟮乃季S去設(shè)計的一種軟件解決方案，而且已經(jīng)經(jīng)過長時間的多平臺驗(yàn)證。嚴(yán)格意義上，將子系統(tǒng)歸入軟件抽象組件會更加貼切，而軟件框架表現(xiàn)為一組抽象組件及其組件實(shí)例之間的交互。軟件框架和軟件組件的特點(diǎn)都是解決特點(diǎn)領(lǐng)域問題，可以高度重用設(shè)計。 Linux系統(tǒng)以C語言開發(fā)為主，C語言在教科書上會被認(rèn)為是過程語言。事實(shí)上，面向?qū)ο笾皇且环N軟件思維，并不局限于某種語言，只不過C++/JAVA在娘胎(編譯器)里就已經(jīng)得到支持，而C語言通過struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)指針一樣可以出色地完成面向?qū)ο蟪橄蟮墓ぷ鳌?/font>Linux系統(tǒng)絕對是利用C語言進(jìn)行面向?qū)ο缶幊痰拈_山鼻祖，處處洋溢著軟件藝術(shù)的光輝！ 二、理解好軟件需求是學(xué)習(xí)好軟件框架的前提 對于學(xué)習(xí)著來說，軟件需求（即軟件要解決的問題）和軟件框架都已經(jīng)存在。但學(xué)習(xí)者往往只關(guān)注軟件框架，因?yàn)閷W(xué)習(xí)的終極目標(biāo)也是為了掌握軟件框架并使用它來解決自己的問題。對于一般的知識傳播者來說（例如學(xué)校老師、機(jī)構(gòu)培訓(xùn)師；教科書或者網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)），往往也是著重于解讀軟件框架的組成和原理。 事實(shí)上，對于一個代碼量有幾萬甚至幾十萬行代碼量的軟件框架，一開始接觸就學(xué)習(xí)原理和代碼并不是好事。這種做法很像是試圖從軟件框架的學(xué)習(xí)理解中得出軟件需求，有太多的未知就接觸源碼，那理解過程會非常痛苦，往往會感到非常迷惑。 我認(rèn)為，深入地理解好需求，再去理解軟件框架會事半功倍。 甚至，當(dāng)達(dá)到一定的水平后，知道了需求，完全可以去猜測軟件框架的實(shí)現(xiàn)。 三、Linux系統(tǒng)的軟件需求 對于軟件需求，最容易讓人聯(lián)想到的是一種具體的業(yè)務(wù)需求，如12306購票業(yè)務(wù)等等。Linux是一種操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)的軟件需求是什么？操作系統(tǒng)是為了給應(yīng)用層提供良好的接口而進(jìn)行總線設(shè)備驅(qū)動管理、內(nèi)存管理、文件管理、進(jìn)程管理等等。更多系統(tǒng)學(xué)習(xí)資料和內(nèi)容以及方法加意義氣嗚嗚吧久零就易，總線設(shè)備驅(qū)動管理就是我們今天要談的主題。Linux平臺有各種子系統(tǒng)、各種總線、各種驅(qū)動，Linux系統(tǒng)對它們的管理就是軟件框架的組成。我們要理解好Linux已有的框架，就要清晰地知曉其解決的問題，也就是其管理了哪些硬件設(shè)備，這些硬件設(shè)備的特點(diǎn)是什么，這些設(shè)備的訪問方式是什么。 可以說，深入地理解硬件體系是理解好Linux總線設(shè)備驅(qū)動框架的前提！從面向?qū)ο蟮慕嵌龋覀円宄锢硪饬x上的硬件是什么，而對應(yīng)的軟件對象是如何表述的。 以下闡述會重點(diǎn)講述軟件需求，作為以后分析框架的基礎(chǔ)。 四、總線、驅(qū)動、設(shè)備 1. 總線 總線代表著同類設(shè)備需要共同遵守的工作時序，不同的總線對于物理電平的要求是不一樣的，對于每個比特的電平維持寬度也是不一樣，而總線上傳遞的命令也會有自己的格式約束。如I2C總線、USB總線、PCI總線等等。以I2C總線為例，在同一組I2C總線上連接著不同的I2C設(shè)備。 2.設(shè)備 設(shè)備代表真實(shí)的、具體的物理器件，在軟件上用器件的獨(dú)特的參數(shù)屬性來代表該器件。如I2C總線上連接的I2C從設(shè)備都有一個標(biāo)識自己的設(shè)備地址，由這個設(shè)備地址來確定主設(shè)備發(fā)過來的命令是否該由它來響應(yīng)。 3.驅(qū)動 驅(qū)動代表著操作設(shè)備的方式和流程。對于應(yīng)用來說，應(yīng)用程序open打開設(shè)備后，接著就read訪問這個設(shè)備，驅(qū)動就是如何實(shí)現(xiàn)這個訪問的具體的過程。驅(qū)動主要包括兩部分，第一是通過對SOC的控制寄存器進(jìn)行編程，按總線要求輸出時序和命令，成功地與外圍設(shè)備進(jìn)行交互；第二是對第一步中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并向應(yīng)用層提供特定格式的數(shù)據(jù)。 a.不同總線的設(shè)備的驅(qū)動過程是不一樣的，這個很容易理解，USB鼠標(biāo)的驅(qū)動和I2C EEPROM的讀時序肯定是不一樣的，訪問時序的產(chǎn)生和控制也是驅(qū)動的一部分。 b.同種總線不同設(shè)備類型的設(shè)備驅(qū)動也是不一樣的。如I2C電容屏設(shè)備，對于讀read來說就是在datasheet規(guī)定的地址上去讀觸摸點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)，而I2C EEPROM的讀操作是讀取存儲的內(nèi)容，兩種設(shè)備的datasheet是不一樣的，驅(qū)動自然是不一樣的。 c.同種總線的同類設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動也可能是不一樣的。例如對于觸摸屏，TSC2003只支持單點(diǎn)觸控，而FT5X06支持多點(diǎn)觸摸。在獲取觸控坐標(biāo)時，前者只需要獲得一個點(diǎn)的數(shù)據(jù)就返回，而后者則需要先獲得當(dāng)前有幾個點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后再把所有點(diǎn)的坐標(biāo)都讀出來。 在驅(qū)動的操作中，一般都會用到GPIO和中斷等硬件資源，如上圖的SDA和SCL會連接到SOC芯片的具體的兩個GPIO引腳，而I2C讀寫時一般都采用中斷控制的方式（查詢讀寫是否完成比較低效，浪費(fèi)CPU）。如果我們在驅(qū)動中直接針對具體的引腳來編程，那這個驅(qū)動的平臺可移植性就比較差，因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品設(shè)計可能引腳不一樣。所以，為了提高驅(qū)動的可移植性，Linux把驅(qū)動要用到的GPIO和中斷等資源剝離給設(shè)備去管理。即在設(shè)備里面包含其自己的設(shè)備屬性，還包括了其連接到SOC所用到的資源。而驅(qū)動重點(diǎn)關(guān)注操作的流程和方法。 4.再談總線 第1點(diǎn)中談到的總線只是物理意義上的表述，總線就是在行業(yè)中制定出標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定時序的格式。我們在第3點(diǎn)中談到，在軟件層面上，時序的產(chǎn)生和控制由驅(qū)動負(fù)責(zé)。那我們要思考在軟件層面上，總線的職責(zé)是什么？ 總線在軟件層面主要是負(fù)責(zé)管理設(shè)備和驅(qū)動。 a.設(shè)備要讓系統(tǒng)感知自己的存在，設(shè)備需要向總線注冊自己；同樣地，驅(qū)動要讓系統(tǒng)感知自己的存在，也需要向總線注冊自己。設(shè)備和總線在初始化時必須要明確自己是哪種總線的，I2C設(shè)備和驅(qū)動不能向USB總線注冊吧。 b.多個設(shè)備和多個驅(qū)動都注冊到同一個總線上，那設(shè)備怎么找到最適合自己的驅(qū)動呢，或者說驅(qū)動怎么找到其所支持的設(shè)備呢？這個也是由總線負(fù)責(zé)，總線就像是一個紅娘，負(fù)責(zé)在設(shè)備和驅(qū)動中牽線。設(shè)備會向總線提出自己對驅(qū)動的條件（最簡單的也是最精確的就是指定對方的名字了），而驅(qū)動也會向總線告知自己能夠支持的設(shè)備的條件（一般是型號ID等，最簡單的也可以是設(shè)備的名字）。那設(shè)備在注冊的時候，總線就會遍歷注冊在它上面的驅(qū)動，找到最適合這個設(shè)備的驅(qū)動，然后填入設(shè)備的結(jié)構(gòu)成員中；驅(qū)動注冊的時候，總線也會遍歷注冊在其之上的設(shè)備，找到其支持的設(shè)備（可以是多個，驅(qū)動和設(shè)備的關(guān)系是1:N），并將設(shè)備填入驅(qū)動的支持列表中。我們稱總線這個牽線的行為是match。牽好線之后，設(shè)備和驅(qū)動之間的交互紅娘可不管了。 c.總線在匹配設(shè)備和驅(qū)動之后驅(qū)動要考慮一個這樣的問題，設(shè)備對應(yīng)的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)代表著靜態(tài)的信息，真實(shí)的物理設(shè)備此時是否正常還不一定，因此驅(qū)動需要探測這個設(shè)備是否正常。我們稱這個行為為probe，至于如何探測，那是驅(qū)動才知道干的事情，總線只管吩咐得了。所以我們可以猜測在總線的管理代碼中會有這樣的邏輯： if(match(device, driver) == OK) driver->probe(); |
