嵌入式系统开发中，设备驱动程序开发是一项至关重要的任务。作为连接硬件与软件的桥梁，设备驱动程序的质量直接影响系统功能的正确性与运行的稳定性。在快速发展的开源生态中，Zephyr RTOS以其轻量级、模块化和高可扩展性备受开发者青睐。然而，与其广泛应用形成对比的是，有关Zephyr RTOS 设备驱动程序开发的详细资料与教程相对较少，这使得许多开发者在实际工作中面临较大的挑战。

为了解决这一问题，嵌入式计算省重点实验室技术研发中心将以Zephyr RTOS 的设备驱动程序开发为例，从基础知识入手，逐步深入实际操作，带领大家完成一次完整的驱动程序编写过程。通过这篇文章，您将不仅能够理解Zephyr RTOS的驱动开发机制，还能掌握从理论到实践的核心技巧，帮助您在实际项目中游刃有余地开发高质量的设备驱动程序。

一、什么是设备驱动程序？为什么需要设备驱动程序？

设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的“翻译官”。驱动程序通过抽象硬件的复杂性，让操作系统能够以统一的方式与设备交互。使用驱动程序，可以让开发者不需要关心硬件细节，只需调用标准接口即可使用设备功能。

在Zephyr中，设备驱动的构成主要包括设备树文件、驱动模型文件、驱动代码三部分（图1）。设备树文件用于定义设备信息（如地址、时钟），驱动模型文件用于标准化驱动接口（如i2c.h），而驱动代码是驱动的核心实现逻辑。

图1：Zephyr驱动程序的一般构成

二、编写一个Zephyr RTOS驱动程序的步骤

第1步：熟悉设备功能和特性

驱动开发的第一步是熟悉目标设备，只有理解了硬设备的功能和特性，才能编写正确的驱动程序。在这个过程中，需要了解设备用途、设备组成、以及设备功能。我们推荐阅读芯片手册，了解设备寄存器定义及功能描述。以RK 3568为例，可以通过RK3568的芯片手册（图2），了解所要编写的驱动的寄存器定义；也可以查阅博客、视频等在线资源，快速掌握设备工作原理。

图2：RK3568芯片手册中对I2C的功能描述

第2步：熟悉Zephyr RTOS的驱动框架

在熟悉设备功能及特性后，就是研究如何通过编写软件控制该设备。这一阶段的重点是熟悉Zephyr RTOS的驱动框架，可以参考Zephyr 官方文档和驱动示例以及对应的Linux驱动。Zephyr的官方文档提供了统一的驱动接口以及清晰的驱动逻辑，遵循其规范可以提高驱动复用性的同时加强对设备功能的理解。例如，I2C驱动模型（include/zephyr/drivers/i2c.h）提供了i2c设备驱动的标准API接口；而Linux驱动逻辑虽然复杂，但较为完整，可以作为驱动设计的参考，学习板卡的驱动逻辑。

第3步：搭建驱动框架（以PWM驱动开发为例）

编写驱动代码首先要搭建框架，一旦框架编写完成，操作系统便能够识别设备。搭建框架过程包括两个阶段：

（1）配置设备树文件。编写设备的.yaml绑定文件定义节点内容，在.dtsi或.dts文件中添加设备节点信息，并在mmu_region.c中分配节点空间（图3）。

图3：配置设备书文件的过程

（2）注册驱动。在驱动文件夹下创建对应的源代码文件，并在CMakeLists.txt和Kconfig中注册驱动，保证所编写的驱动可以正确地链接到程序中（图4）。

图4：注册驱动的过程

第4步：编写具体驱动程序（以PWM驱动开发为例）

在完成框架搭建后，就要进入到具体驱动程序的编写，实现设备的功能。根据设备手册的寄存器描述，实现具体的功能逻辑。在正式编写之前，我们需要理清驱动的整体逻辑，可以把驱动逻辑理清并转换成Uboot上，使用mw命令向寄存器写入值，检查设备是否响应，也可以通过md命令读取寄存器值，验证配置是否生效。

完成驱动逻辑的验证后便可以开始编写具体的驱动代码，包括定义设备初始化函数，根据设备树的内容完成驱动的基本配置，并注册到Zephyr RTOS。此后配置寄存器到默认状态，再提供设备操作接口（如读写函数），并根据需求实现其他高级功能。注意写驱动程序的核心任务之一就是操作硬件寄存器，驱动程序的开发本质上就是为硬件提供一个抽象层，通过读写寄存器与底层硬件进行交互。在这一步，驱动的逻辑清晰性和规范性非常重要，建议分模块实现代码，便于维护和调试。

图5：编写具体的驱动代码

第5步：测试与调试

在驱动写完后，需要通过编译和实际测试确保功能正确。测试时，首先通过编译代码，使用Zephyr提供的工具链，根据编译信息检测代码是否存在语法和逻辑错误；之后进行硬件测试，将代码烧录到硬件上，借助示波器或逻辑分析仪验证功能，一旦发现问题，可以结合日志和硬件工具逐步定位错误。

三、注意事项：CRU和SYSCON配置问题

在一般的设备驱动开发中，会有对应的（专注时钟和复位信号的管理）、SYSCON（提供系统的全局控制）的设置（除非是设备都要求是默认状态（图6）），但在手册和Linux驱动中一般都不会去提及要去对CRU、SYSCON的配置，所以总是会导致会忘记对CRU、SYSCON的配置，导致设备无法正常运行。

注意SYSCON不需要手动初始化，CRU中大部分的设备是时钟也是用的晶振24M的时钟，也不需要手动初始化，只需要去对应的寄存器中选择对应功能即可。

图6：CRU、SYSCON的初始化设置

四、总结

驱动开发是软件与硬件的交汇点，掌握Zephyr RTOS驱动程序的编写，不仅能显著提升开发技能，更为高效利用硬件资源提供了重要保障。通过以上步骤，从设备特性分析、框架搭建到功能实现与测试，我们完成了一个完整的Zephyr RTOS驱动程序开发流程。每一步都至关重要，既需要对硬件的深入理解，也要求对 Zephyr驱动框架的熟悉与实践。

希望本文能为您提供清晰的思路和实用的指导，帮助您从零开始编写高质量的 Zephyr RTOS驱动程序。如果您在开发过程中遇到任何问题，欢迎在评论区留言，我们将共同探讨、交流经验！