1. 课程导学与环境准备：Linux驱动开发全景图

大家好，我是你们这门课的讲师。做了十几年嵌入式Linux，从裸机驱动一路折腾到复杂SoC，踩过的坑比代码还多。今天咱们先不急着敲键盘，把全景图铺开，把环境搭好。这一步走稳了，后面才跑得快。

1.1 Linux驱动开发全景图

先问大家一个问题：你写一个驱动，到底在写什么？

说白了，驱动就是操作系统和硬件之间的翻译官。上层应用调用open/read/write，驱动负责把这些操作翻译成硬件寄存器读写、中断处理、DMA搬运。整个过程分成三层：

• 应用层：用户空间程序，通过系统调用访问设备
• 内核层：驱动模块，运行在内核空间，处理硬件交互
• 硬件层：物理设备，寄存器、中断控制器、总线接口

我刚开始学驱动时，总觉得内核层很神秘。后来发现，其实内核就是给你搭好了一套框架——字符设备框架、平台设备框架、设备树机制。你只需要填自己的硬件逻辑就行。

1.2 课程目标与学习路径

这门课不是讲理论，是讲怎么把驱动跑起来。30章内容，我按实战路线设计的：

1.3 开发板选型建议

选开发板这事，我踩过不少坑。早期用某款国产板子，资料全是英文手册的机翻版，一个GPIO配置折腾了两天。后来换了主流板子，社区活跃，遇到问题一搜就有答案。

我个人推荐以下三款，覆盖不同预算和需求：

1.4 虚拟机与Ubuntu安装

开发环境我建议用虚拟机，方便快照和回滚。Windows下用VMware Workstation，Linux下用VirtualBox都行。我个人习惯用VMware，稳定，快照功能好用。

Ubuntu版本选20.04 LTS或22.04 LTS。别追新，LTS版本稳定，软件源兼容性好。

安装步骤很简单，但有几个关键点要注意：

1. 磁盘分配：至少给80GB，驱动编译、内核源码、交叉工具链都很占空间。我见过有人只给20GB，编译到一半磁盘满了。
2. 内存分配：4GB起步，8GB更舒服。编译内核时内存不够会卡死。
3. CPU核心：分配2-4核，make -jN时能加速。
4. 网络模式：用桥接模式，方便开发板和虚拟机互通。

sudo apt update
sudo apt upgrade -y
sudo apt install build-essential git vim curl wget \
  libncurses-dev flex bison openssl libssl-dev \
  dkms libelf-dev libudev-dev libpci-dev libiberty-dev \
  autoconf automake device-tree-compiler -y

1.5 必备工具链安装

交叉编译链是驱动移植的核心工具。你想想看，在x86的PC上编译ARM架构的内核和驱动，没有交叉编译链根本做不到。

我推荐两种方式安装：

我个人习惯用Linaro的，因为版本可控，项目里统一用7.5.0，不会因为apt源更新导致编译行为变化。

安装Linaro工具链的步骤：

# 下载
wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.5-2019.12/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

# 解压到 /opt
sudo tar -xvf gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz -C /opt

# 添加环境变量
echo 'export PATH=$PATH:/opt/gcc-linaro-7.5.0-2019.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

# 验证
arm-linux-gnueabihf-gcc --version

1.6 环境验证：第一个驱动模块

环境搭好了，咱们写个最简单的驱动模块验证一下。这个模块什么都不做，只打印一条日志。

// hello_drv.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int __init hello_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Hello, Linux Driver World!\n");
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye, Linux Driver World!\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple Hello World driver");

编译这个模块需要内核源码树。下载内核源码并配置：

# 下载内核源码（以5.10为例）
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.100.tar.xz
tar -xvf linux-5.10.100.tar.xz
cd linux-5.10.100

# 配置内核（使用默认配置）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- defconfig

# 编译内核（第一次编译较慢，-jN根据CPU核心数调整）
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j4

然后编译驱动模块：

# 在hello_drv.c所在目录创建Makefile
obj-m += hello_drv.o

all:
    make -C /path/to/linux-5.10.100 M=$(PWD) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules

clean:
    make -C /path/to/linux-5.10.100 M=$(PWD) ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean

编译成功后，会生成 hello_drv.ko。把这个文件传到开发板上，执行：

insmod hello_drv.ko
dmesg | tail -5
# 应该看到：Hello, Linux Driver World!

看到这条日志，说明你的环境全部就绪了。嗯，到这里，第一章的准备工作就完成了。