Linux系统下程序、内核与硬件的关系

2017-12-25 14:04:49 来源:嵌入式ARM
标签:

目前,Linux软件工程师大致可分为两个层次:

01

Linux应用软件工程师(Application Software Engineer):

主要利用C库函数和Linux API进行应用软件的编写;

   

从事这方面的开发工作,主要需要学习:符合linux posix标准的API函数及系统调用,linux的多任务编程技巧:多进程、多线程、进程间通信、多任务之间的同步互斥等,嵌入式数据库的学习,UI编程:QT、miniGUI等。

 

02

Linux固件工程师(Firmware Engineer):

主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计工作。

 

一般而言,固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次,而其中的Linux设备驱动编程又是Linux程序设计中比较复杂的部分,究其原因,主要包括如下几个方面:

1 ) 设备驱动属于Linux内核的部分,编写Linux设备驱动需要有一定的Linux操作系统内核基础;需要了解部分linux内核的工作机制与系统组成

2)编写Linux设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解,大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的,例如:针对特定的主机平台:可能是三星的2410、2440,也可能是atmel的,或者飞思卡尔的等等

3 ) Linux设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制,容易出现bug;因为linux本身是一个多任务的工作环境,不可避免的会出现在同一时刻对同一设备发生并发操作

4 ) 由于属于内核的一部分,Linux设备驱动的调试也相当复杂。linux设备驱动没有一个很好的IDE环境进行单步、变量查看等调试辅助工具;linux驱动跟linux内核工作在同一层次,一旦发生问题,很容易造成内核的整体崩溃。


在任何一个计算机系统中,大至服务器、PC机、小至手机、mp3/mp4播放器,无论是复杂的大型服务器系统还是一个简单的流水灯单片机系统,都离不开驱动程序的身影,没有硬件的软件是空中楼阁,没有软件的硬件只是一堆废铁,硬件是底层的基础,是所有软件得以运行的平台,代码最终会落实到硬件上的逻辑组合。

  

但是硬件与软件之间存在一个驳论:为了快速、优质的完成软件功能设计,应用程序工程师不想也不愿关心硬件,而硬件工程师也很难有功夫去处理软件开发中的一些应用。例如软件工程师在调用printf的时候,不许也不用关心信息到底是通过什么样的处理,走过哪些通路显示在该显示的地方,硬件工程师在写完了一个4*4键盘驱动后,无需也不必管应用程序在获得键值后做哪些处理及操作。

  

也就是说软件工程师需要看到一个没有硬件的纯软件世界,硬件必须透明的提供给他,谁来实现这一任务?答案是驱动程序,驱动程序从字面解释就是:“驱使硬件设备行动”。驱动程序直接与硬件打交道,按照硬件设备的具体形式,驱动设备的寄存器,完成设备的轮询、中断处理、DMA通信,最终让通信设备可以收发数据,让显示设备能够显示文字和画面,让音频设备可以完成声音的存储和播放。

   

可见,设备驱动程序充当了硬件和软件之间的枢纽,因此驱动程序的表现形式可能就是一些标准的、事先协定好的API函数,驱动工程师只需要去完成相应函数的填充,应用工程师只需要调用相应的接口完成相应的功能。无论有没有操作系统,驱动程序都有其存在价值,只是在裸机情况下,工作环境比较简单、完成的工作较单一,驱动程序完成的功能也就比较简单,同时接口只要在小范围内符合统一的标准即可。但是在有操作系统的情况下,此问题就会被放大:硬件来自不同的公司、千变万化,全世界每天都会有大量的新芯片被生产,大量的电路板被设计出来,如果没有一个很好的统一标准去规范这一程序,操作系统就会被设计的非常冗余,效率会非常低。

  

所以无论任何操作系统都会制定一套标准的架构去管理这些驱动程序:linux作为嵌入式操作系统的典范,其驱动架构具有很高的规范性与聚合性,不但把不同的硬件设备分门别类、综合管理,并且针对不同硬件的共性进行了统一抽象,将其硬件相关性降到最低,大大简化了驱动程序的编写,形成了具有其特色的驱动组织架构。

 

下图反映了应用程序、linux内核、驱动程序、硬件的关系。

 

 

linux内核分为5大部分:多任务管理、内存管理、文件系统管理、设备管理、网络管理;


每一部分都有承上下的作用,对上提供API接口,提供给应用开发工程师使用;


对下通过驱动程序屏蔽不同的硬件构成,完成硬件的具体操作。
 

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
最新经济高效入门级平台 面向高端嵌入式运算

提供标准和定制化嵌入式计算机板卡与模块的领先供应商—德国康佳特科技,推出全新跌破价格的计算机模块,该模块基于英特尔最新酷睿™ i3-8100H 处理器平台,是高端嵌入式运算的入门款模块。

Linux究竟有多少行代码?

Linux系统作为世界第三大操作系统一直活跃在许多地方,它与Windows最大的不同是,Linux是开源的,由开发者不断维护开发,那么你知道Linux现在究竟有多少行代码么?

Tengine,可能是最好用的Arm嵌入式系统AI框架了!

边缘AI应用正处于大规模落地的前夕,巨大的IoT市场和革命性的AI技术产生的剧烈交互将带来前所未有的应用革命和商业机会。那么在边缘设备部署AI应用的瓶颈都有哪些?

UltraSoC嵌入式分析IP已被Kraftway选用于其固态硬盘控制器产品

UltraSoc 今日宣布其嵌入式分析技术已授权给Kraftway公司,用于其先进的固态硬盘(SDD)控制器产品。

基于嵌入式Linux 平台上利用USB 摄像头采集视频图像

目前,嵌入式系统在视频监控中的应用越来越广泛。伴随着网络的强大功能,视频监控更侧重网络监控方案,要求体积小、远程化、成本低、功耗小、操作界面人性化等。本系统基于嵌入式Linux 平台上利用USB 摄像头采集视频图像,通过视频图像压缩及结合网络进行视频图像传输,使远程监控成为可能。

更多资讯
基于S3C44BOX的多台设备远程监控系统设计

嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”(devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants)。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。

语音通信中时延时延是怎么产生的?该如何减小?

时延是语音通信中的一个重要指标,当端到端(end2end)的时延(即one-way-delay,单向时延)低于150Ms时人感觉不到,当端到端的时延超过150Ms且小于450Ms时人能感受到但能忍受不影响通话交流,当端到端的时延大于1000Ms时严重影响通话交流,用户体验很差。

高盛预计存储芯片需求将下滑 美芯片股应声普跌

投行高盛警告称,存储芯片需求将下滑。受此影响,美国芯片股于当地时间周三普遍下跌。

存储器风吹草动,国内厂商如何不“风声鹤唳”?
存储器风吹草动,国内厂商如何不“风声鹤唳”?

存储器在连续两年走高之际,开始掉头释放出下探信号。虽然强周期波动的存储器价格起伏是正常,但对于仍在计划量产的国内三大厂商而言,若产能都如期释放,而届时市场供过于求之势不减,那么价格战将一触即发。国内厂商如何耐得住亏损,不断加强后续的资金投入?

SSD攻势凶猛,HDD却是打不死的小强?
SSD攻势凶猛,HDD却是打不死的小强?

闪存供过于求已经是既定的事实,过去两三年存储产业推动闪存制造工艺的 3D 化有成,使得产能大幅扩充,影响所及,闪存的报价也快速下杀,当然,对闪存生产业者而言,恐怕将迎来一场难以避免的血战,但对于终端厂商而言,则是个利好消息。

Moore8直播课堂
电路方案