初談 linux driver

目前嵌入式系統的工程師有蠻多時候需要撰寫所謂特定device或是chip的driver，這邊先就一些基本的觀念做一點解釋。以linux來說，其程式分成兩個部分，一種運行於kernel，這種程式擁有控制硬體暫存器的權限，因此這邊的程式如果有bug，因為權限太大，很容易造成系統的記憶體空間發生錯誤，而導致整個系統crash。另外一種是運行在user space的程式，這種程式沒有權利直接去存取那些可以直接控制硬體的暫存器，因此其必須利用由linux定義出來，介於user space跟kernel space的介面，將控制的request由這個介面傳給kernel space的driver，用這個driver來將從硬體得到的值再傳回給user space的程式，完成一次對硬體的request。

linux為了統一這個介於中間層的interface，其定義了一些固定的功能，寫driver的時候只要去覆寫這些固定的function，則上層(user-space)可以使用類似的介面來控制許多不同種類的device。

linux將每個device都視為一個檔案，對其做資料上的操作，就很像對檔案做開檔讀檔以及寫入的功能。如果有一些hardware-depedent的一些功能，則可以利用(ioctl+自訂command)的方式來實現。

例如:假設有一個gpio的driver，並且也已經在kernel新增一個gpio(General Purpose I/O)的device，則我們如果要對其操作，我們一樣要先利用open的函數將device打開(f_op=open("/dev/gpio","參數")),然後此時如果成功開啟了device，其會回傳一個file operator，這可以視為要對這個device進行操作的代碼，則我們要對這gpio進行一些特定功能(例如控制值為邏輯0或是邏輯1，或是控制此GPIO為輸入或是輸出)的時候，我們只要使用ioctl的system call，將事先定義好的command以及這個file operator傳進去，我們就可以對device進行這些特定的操作。

基本上在linux撰寫driver，主要就是在kernal層中對一些硬體相關的暫存器做控制，來達到傳輸資料以及控制的目的，不過因為linux有規定好user space跟kernel space的介面規則，因此kernel層的driver還需要根據linux規定的driver框架，進行一些函數的覆寫，大致上這就是linux driver的初步觀念，比較細節的部分，留待以後說明。

TCP/IP Stack for Embedded System

最近因為工作需要，在尋找open source的TCP/IP stack，果然發現了一個好物->uIP，這是一個由Adam Dunkel 所發展的一個用C所寫成的網路協定library，專門for記憶體資源相當有限的8-bit或是16-bit的嵌入式系統應用。由於他是BSD的license，所以目前在很多商用的應用上被大量使用。

它實做了MAC layer以上的protocol，並且它將需要控制ethernet晶片的介面抽象化，讓開發者可以根據不同的硬體來做改寫，而不需要去動到協定本身，因此可以很容易的在不同硬體上做移植。目前這個project已經被整進一個嵌入式系統作業系統的project中(Contiki)，這個計畫也是同個開發者所主持，其中主要的網路功能就是使用uIP。

因為uIP為了節省記憶體的使用量，其把一些僅在高效能應用上所需要用到的功能去掉，因此其功能上並不是這麼完整，
另外還有一個solution 叫做 lwIP(lightwight)， 一樣是Adam Dunkel所開發 (這個人真猛!!)，這個project所實做的功能就更多，但是一樣維持好的記憶體使用效率，因此仍然適用於嵌入式系統。至於要選擇何者來做移植，主要還是要看搭配的硬體效能以及限制。

參考網站:
uIP (old) - http://www.sics.se/~adam/old-uip/
Contiki - http://www.sics.se/contiki/
lwIP - http://www.sics.se/~adam/lwip/