linux驱动开发之常见面试问题

- - 新增驱动的基本操作
  - 寄存器基址怎么映射？
  - probe里的常规操作。
  - 驱动中通常会定义一个私有结构体，里面包含一些内核结构体，但注册的时候只注册了某个成员，怎么找到这个私有结构体。
  - - 什么是container_of
  - 如何给应用层提供接口
  - - 什么是ioctl?
  - 如何在shell下调用驱动
  - 如何解决内核启动时卡死问题
  - 简述MMU的工作原理

新增驱动的基本操作

先在设备树里新建一个节点，填写compatible和reg属性，然后在驱动里映射寄存器基址，后续就可以操作寄存器。
如果是linux发行版中没有的驱动
需要获取驱动源代码：

下载适用于你的内核版本的驱动源代码。
解压源代码：

使用tar命令解压下载的压缩包，如tar -xzvf driver.tar.gz。
进入驱动目录：

使用cd命令切换到解压后的驱动目录。
配置驱动：

运行make config或make menuconfig命令配置驱动选项。
编译驱动：

运行make命令编译驱动。
安装驱动：

使用make install或手动将生成的模块文件复制到合适的目录，通常是/lib/modules//kernel/drivers。
加载驱动：

运行modprobe driver_name加载驱动，或者使用insmod driver.服务器托管网ko命令。
检查驱动加载情况：

使用lsmod命令查看已加载的模块，确保新驱动在列表中。
配置自动加载：

将驱动名称添加到/etc/modules文件中，以便系统在启动时自动加载。
重启系统：

为了确保新驱动在系统启动时自动加载，最好重启系统。

寄存器基址怎么映射？

A：先用platform_get_resource获取IORESOURCE_MEM资源，然后用devm_ioremap_resource将基址映射为虚拟地址。

probe里的常规操作。

A：通常一个驱动都会有时钟，所以probe里映射完基址后，通常要进行时钟和复位的操作。调用devm_clk_get获取时钟源，然后调用devm_clk_prepare_enbale使能时钟，复位的话先调用devm_reset_control_get获取复位源，然后用reset_control_reset复位。

驱动中通常会定义一个私有结构体，里面包含一些内核结构体，但注册的时候只注册了某个成员，怎么找到这个私有结构体。

A：可以通过container_of宏找到这个私有结构体的指针。

什么是container_of

container_of 是 Linux 内核中一个常用的宏，用于从一个结构体中的某个字段获取该结构体的指针。这在实现容器数据结构时非常有用，尤其是在链表中。
具体的使用格式如下：

#include 

#define container_of(ptr, type, member) 
    ({ 
        const typeof(((type *)0)->member) *__mptr = (ptr); 
        (type *)((char *)__mptr - offsetof(type, member)); 
    })

其中：

ptr 是指向结构体中某个成员的指针。
type 是结构体的类型。
member 是结构体中的成员名。
这宏的作用是返回包含给定成员的结构体的指针。

这个宏在内核中广泛用于实现各种数据结构，尤其是在实现链表时，通过链表节点的成员指针可以找到整个结构体的指针。具体详细讲解可以自行百度。

如何给应用层提供接口

A：驱动给应用层提供接口，一般都是通过ioctl接口，应用层传入一个结构体，驱动解析

什么是ioctl?

ioctl（Input/Output Control）是Linux系统中的一个系统调用，用于对设备进行输入/输出的控制。它允许用户空间程序通过系统调用与设备驱动程序进行通信，提供一种灵活的设备控制机制。ioctl的使用方式是通过命令（或请求号）来指定要执行的操作，以及相应的参数。

基本的ioctl原型如下：

int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

服务器托管网

fd 是文件描述符，指向要进行控制的设备或文件。
request 是命令或请求号，用于指定要执行的操作。
... 是可选参数，用于传递与请求相关的参数。

一些常见的ioctl使用场景包括：

设备设置：
设置设备的一些特性，例如串口的波特率、数据位、停止位等。
IO模式切换：
控制设备的读写模式，例如切换到阻塞或非阻塞模式。
硬件信息查询：
获取设备的硬件信息，例如查询磁盘的几何信息。
字符设备操作：
对字符设备进行一些特定的操作，例如终端的清屏、设置光标位置等。
网络套接字设置：
配置网络套接字的选项，例如设置套接字的超时时间、设置广播选项等。
图形设备控制：
控制图形设备的一些操作，例如设置显示器的分辨率、颜色深度等。

使用ioctl需要查阅相关设备或系统调用的文档，以了解支持的命令和参数。在驱动程序的开发中，通常会实现相应的ioctl处理函数，用于处理不同的命令。

总体而言，ioctl提供了一个灵活的接口，使用户空间程序能够与内核中的设备驱动进行通信和控制。

如何在shell下调用驱动

A：可以提供procfs、sysfs或者debugfs这三个虚拟文件系统接口，根据具体用途提供

procfs接口一般是系统性的信息，主要是用来查看的，例如内存信息。
sysfs接口更多用于与驱动交互，可以传参给驱动，修改驱动中一些变量。
debugfs一般是用来调试用的，需要挂载debugfs。

如何解决内核启动时卡死问题

A：卡住或者崩了，需要分析卡在哪里，从而找到原因。

在内核的initcall初始化函数中加打印，把initcall的level和函数指针打印出来，看内核跑到了哪个等级的初始化。

level等级是知道了，但这个等级执行的函数太多，而且打印出来的是地址，怎么知道具体跑到哪个函数？

A：把内核编译出来的vmlinux文件反汇编，反汇编文件包含函数名和对应地址，根据地址查找。

vmlinux 是 Linux 内核编译后的可执行文件，包含了完整的内核代码和数据。如果你想进行 vmlinux 文件的反汇编，可以使用工具如 objdump 或 gdb。

以下是使用 objdump 进行 vmlinux 反汇编的基本步骤：

objdump -D vmlinux > vmlinux_disassembly.txt

这将会生成一个包含反汇编代码的文本文件 vmlinux_disassembly.txt。你可以使用文本编辑器查看或搜索其中的代码。

如果你想在 gdb 中进行交互式的反汇编，可以按照以下步骤：

gdb vmlinux

在 GDB 中，你可以使用 disassemble 命令来查看反汇编代码：

(gdb) disassemble

你也可以指定地址范围来查看特定部分的代码：

(gdb) disassemble 0xffffffff81000000, 0xffffffff81010000

请注意，反汇编的结果可能会很庞大，因为它包含整个内核的代码。选择性地查看特定的函数或区域可能更有帮助。

内核调试方法？
A：printk、BUG_ON、devmem、dump_statck…

printk有打印等级，用法和printf一样，可以用pr_info、pr_err这些不同等级的函数加打印。在shell中可以通过echo的方式控制printk等级

devmem是一个命令，它可以在shell下直接读写寄存器
devmem应用程序会打开/dev/mem节点，这个设备实现了mmap接口，devmem应用程序打开/dev/mem后，会调用mmap函数将寄存器物理地址映射到用户空间，所以可以直接读写寄存器

dump_stack函数可以打印函数调用栈，可以分析函数调用关系
可以用工具链的add2line，查找地址对应的符号，就能看到函数名
内核配置打开CONFIG_KALLSYMS，这个配置是编入符号表，选上后，dump_stack就可以清楚看到调用关系和符合偏移。

简述MMU的工作原理

A：在一个三级页表的内存管理系统中，MMU（内存管理单元）通过访问页表基址寄存器（Page Table Base Register，简称PTBR）获取一级页表的基地址，然后通过虚拟地址中的一级页表索引（Page Global Directory Index，简称PGD index）找到相应的二级页表。

接着，MMU利用二级页表基址和虚拟地址中的二级页表索引（Page Table Entry Index，简称PTE index）找到相应的页表项（Page Table Entry，简称PTE）。在这个例子中，PTE 存储的是物理页框号（Page Frame Number，简称PFN），即该虚拟页对应的物理页框。

最后，MMU将物理页框号（PFN）与虚拟地址中的页内偏移相加，得到实际的物理地址。

这个过程可以总结为以下步骤：

MMU根据虚拟地址的高位来查找一级页表项（PGD），获取二级页表的基地址。
MMU再根据虚拟地址的中间位来查找二级页表项（PTE），获取物理页框号（PFN）。
MMU将物理页框号与虚拟地址的低位偏移相加，得到最终的物理地址。
这样，通过多级页表的层级结构，MMU能够实现对大型地址空间的映射和管理，从而提供了一种灵活、高效的内存管理方案。

页表基址寄存器存储第一级页表的基地址。
页表是软件创建的。MMU只是通过页表，将虚拟地址转换为了物理地址。
页表在物理内存中。
CPU先访问TLB，如果TLB中存在这个地址，则直接从TLB中取地址。如果没有，再访问内存，读取页表，将虚拟地址转为物理地址，从而访问到内存。
TLB在MMU中，本质是一块cache。

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