目前的位置: 首页 实验室新闻 正文

如何编写Zephyr RTOS设备驱动程序


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。

13C2B

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。

336A

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)。

303E1

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)。

373FF

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。

46056

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。

1C9F0

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!



ZVM:新一代Type 1.5 RTOS虚拟化解决方案


https://gitee.com/openeuler/zvm


长按识别二维码,加入ZVM技术交流群



下一条:ZVM获2024年度openEuler技术创新项目

关闭

嵌入式与网络计算湖南省重点实验室
版权所有 © 2023 湖南大学