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介绍

Nuttx支持多种设备驱动，包括：

• 字符设备驱动，比如串口设备、触摸屏设备、ADC/DAC、PWM、CAN、正交编码器、Timer、RTC、Watchdog、Keyboard/Keypad等；
• 块设备驱动；
• 其他特殊设备驱动，比如Ethernet、SPI、I2C、Frame Buffer、LCD、MTD、SDIO、USB等；

总体来说，Nuttx中的驱动机制相对来说比较简单，它并没有提供像Linux系统那样复杂的驱动模型机制，比如Device、Driver、Bus、Class等。Nuttx只是简单的通过驱动注册接口，将驱动注册进文件系统中，并实现file_operations操作函数集，上层应用便能通过标准的系统调用，进而调用到低层的驱动。

我将以字符设备驱动来阐述整个驱动的机制。

数据结构与接口

数据结构

应用层通过系统调用来访问驱动：系统调用->vfs->驱动，因此首先需要了解一下，驱动注册进文件系统时所涉及到的数据结构。数据结构的相关定义在include/nuttx/fs/fs.h文件中。
首先，驱动注册后，会创建一个inode，对应到设备文件上：

/* This structure represents one inode in the Nuttx pseudo-file system */

struct inode
{
  FAR struct inode *i_peer;     /* Link to same level inode */
  FAR struct inode *i_child;    /* Link to lower level inode */
  int16_t           i_crefs;    /* References to inode */
  uint16_t          i_flags;    /* Flags for inode */
  union inode_ops_u u;          /* Inode operations */
#ifdef CONFIG_FILE_MODE
  mode_t            i_mode;     /* Access mode flags */
#endif
  FAR void         *i_private;  /* Per inode driver private data */
  char              i_name[1];  /* Name of inode (variable) */
};

其中i_flags字段用于标记该inode对应的为什么文件，典型的有驱动、消息队列等，专门有宏定义来设置或者判断这个字段是否为驱动文件：

#define INODE_IS_DRIVER(i)    INODE_IS_TYPE(i,FSNODEFLAG_TYPE_DRIVER)

#define INODE_SET_DRIVER(i)   INODE_SET_TYPE(i,FSNODEFLAG_TYPE_DRIVER)

struct inode结构体中inode_ops_u用于描述操作函数集，这个字段是一个联合体，可以是字符设备驱动、块设备驱动、挂载点等的操作函数集。驱动操作函数集如下：

struct file_operations
{
  /* The device driver open method differs from the mountpoint open method */

  int     (*open)(FAR struct file *filep);

  /* The following methods must be identical in signature and position because
   * the struct file_operations and struct mountp_operations are treated like
   * unions.
   */

  int     (*close)(FAR struct file *filep);
  ssize_t (*read)(FAR struct file *filep, FAR char *buffer, size_t buflen);
  ssize_t (*write)(FAR struct file *filep, FAR const char *buffer, size_t buflen);
  off_t   (*seek)(FAR struct file *filep, off_t offset, int whence);
  int     (*ioctl)(FAR struct file *filep, int cmd, unsigned long arg);

  /* The two structures need not be common after this point */

#ifndef CONFIG_DISABLE_POLL
  int     (*poll)(FAR struct file *filep, struct pollfd *fds, bool setup);
#endif
#ifndef CONFIG_DISABLE_PSEUDOFS_OPERATIONS
  int     (*unlink)(FAR struct inode *inode);
#endif
};

这个函数集，由低层的驱动来实现，并且设置进设备文件对应的inode中，当系统调用操作设备文件时，便能根据设备文件对应的inode来找到对应的函数了。

接口
驱动注册的时候，会调用register_driver()接口：

/****************************************************************************
 * Name: register_driver
 *
 * Description:
 *   Register a character driver inode the pseudo file system.
 *
 * Input parameters:
 *   path - The path to the inode to create
 *   fops - The file operations structure
 *   mode - inmode priviledges (not used)
 *   priv - Private, user data that will be associated with the inode.
 *
 * Returned Value:
 *   Zero on success (with the inode point in 'inode'); A negated errno
 *   value is returned on a failure (all error values returned by
 *   inode_reserve):
 *
 *   EINVAL - 'path' is invalid for this operation
 *   EEXIST - An inode already exists at 'path'
 *   ENOMEM - Failed to allocate in-memory resources for the operation
 *
 ****************************************************************************/

int register_driver(FAR const char *path, FAR const struct file_operations *fops,
                    mode_t mode, FAR void *priv)
{
  FAR struct inode *node;
  int ret;

  /* Insert a dummy node -- we need to hold the inode semaphore because we
   * will have a momentarily bad structure.
   */

  inode_semtake();
  ret = inode_reserve(path, &node);
  if (ret >= 0)
    {
      /* We have it, now populate it with driver specific information.
       * NOTE that the initial reference count on the new inode is zero.
       */

      INODE_SET_DRIVER(node);

      node->u.i_ops   = fops;
#ifdef CONFIG_FILE_MODE
      node->i_mode    = mode;
#endif
      node->i_private = priv;
      ret             = OK;
    }

  inode_semgive();
  return ret;
}

这个接口完成以下几个操作：

1. 根据path（一般对应设备文件，比如/dev/xxxx），来查找是否存在对应的inode，如果没有的话，那为path创建一个inode;
2. 将实际驱动实现的struct file_operations fops更新到path对应的inode中，此外还设置权限；
3. 将priv数据设置进inode中，这个一般存放驱动的私有数据；

ADC驱动

下面将以一个实际的驱动，ADC驱动，来分析一下流程。
在Nuttx的驱动代码中，你会发现经常会把驱动分成两部分，一个是upper half，一个是lower half：

• upper half：上半部分提供了应用程序级的通用接口，也就是实现了file_operations中的函数集，比如针对ADC驱动，专门有drivers/analog/adc.c来描述上半部分的操作，这个对于所有的ADC设备都是相同的；
• lower half：下半部分基于特定平台的驱动程序，用于实现硬件级的控制，比如寄存器的操作等。arch/arm/src/lpc43xx/lpc43_adc.c文件实现了特定的硬件驱动；

整体的框架如下图所示：

adc驱动框架

• 芯片相关，代表了lower half，针对硬件的实际操作，并且在中断处理函数中，会去回调upper half的回调函数。可以在这个回调函数中做一些处理，比如通过消息队列的机制，统治上层应用已经收到了数据；
• 通用框架，代表了upper half，对接上层的系统调用，并且在实现file_operations函数集的时候，会去调用lower half的接口；
• 板级部分，这个部分其实是将upper half和lower half进行绑定，建立连接并注册进文件系统中，这个接口最终会在系统boot的阶段调用；

具体的驱动代码就不贴了。
其他的驱动实现，机制都大体类似，分成两部分，上半部分对接应用系统调用，下半部分对应实际的低层硬件操作，这种分层是一种合理的做法，上半部分做成通用的框架，不需要改动，下半部分针对不同硬件实现具体的操作接口即可了。