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How to develop and debug kernel?

此篇文章是基于高通 ODM BSP 开发做的一个简单总结,起初是用来对新人进行培训的。

我觉得学习内核驱动时,最开始只需要 ‘Know what, not know how ’。 不用去探究细节,只需要知道整体的框架,知道有哪些需要我们重视的内容即可。

何为 Linux 内核开发?

首先,初步认识下 Linux kernel

linux_intro

  • Linux 内核的框架如上图。
  • 设备子系统负责和硬件打交道。
  • 大部分工作集中在设备子系统部分。

内核开发是什么?

  • 广义上讲,新增或修改上图中内核部分的所有子系统。
  • 非 Linux 源码贡献者,一般来说只修改设备子系统部分。

接下来,简单聊聊初学者需要重点关注的三个部分:设备树,字符设备,平台设备驱动。

设备树(DTS)

设备树相当于一份软件中描述硬件结构的配置框图。假设下图为硬件框图:
dts_hw

那么其软件描述的代码片段如下:

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/ { // root node
model = "Qualcomm Technologies, Inc. SDM xxx";
compatible = "qcom,sdmxxx";
cpus {
...
cpu@0 {
...
};
cpu@1 {
...
};
};
usb@<address> {
...
};
serial@<address> {
...
};
gpio@<address> {
...
};
intc: interrupt-controller@<address> {
...
};
external-bus {
...
i2c@0,0 {
...
xxx@<address> { // I2C Dev
....
};
};
flash@1,0 {
...
};
};
};

字符设备驱动

  • 字符设备驱动是理解设备驱动的基础。
  • 大多数设备都可以归于字符设备。

char_dev

平台设备驱动模型

  • 设备(或驱动)注册时,会通过总线去匹配对应的驱动(或设备)。
  • 设备和驱动通常需要挂在一种实际总线上,除带有 I2C、SPI、USB 等的设备外,内核为没有实际总线的外设实现了虚拟的平台总线 。
  • 平台设备驱动是独立于字符设备、网络设备等的一种抽象概念 。

platform_dev

kernel 开发需要什么样的知识储备?

C 语言

良好的 C 语言能力, Linux 官方推荐了如下书籍。

GNU

内核由 GNU C 和 GNU toolchain 实现,所以如下两方面的知识是需要的。

  • GNU C 的编码规则
  • GNU 工具链的使用

Linux 基本命令

设备驱动相关知识

内核原理

在我们的工作中,kernel 开发一般怎么做?

Android 设备通常的开发周期

在我们的工作中,kernel 开发主要集中在 Bringup、Integrate、Verify 三个阶段 。

product_phase

源码获取

  • 高通的代码分两部分:一部分是开源的,可以从 codeaurora.org 下载,还有一部分是高通产权的,需要从高通的网站上下载。
  • 高通产权的代码存放路径:vendor/qcom/proprietary 。
  • 实际工作中,SCM 一般会帮忙准备好 Base 代码。

    可以通过 repo init -u https://android.googlesource.com/platform/manifest -b android-4.0.1_r1Source.android 下载 Google 官方源码。

Bringup

  • 根据需求实现各种外设模块的基本功能。
  • LCD、TP 、Sensor 、Charger 等功能正常,手机能进入 Launcher 界面,能正常使用,USB 连接正常。
    这样 Bringup 工作就基本完成了。

Porting 和编写各种外设的驱动(需求的具体实现)

  • Porting 硬件相关配置,即实现 DTS 。
  • Porting 相关驱动 。
  • Sensor 和其他外设有一点差异 。
  • 其分为 AP 侧驱动(厂商提供)和 ADSP 侧驱动(高通和厂商协同)两种方式 。
  • 主要配置总线、 GPIO 及 Sensor 的属性 。

系统维护(解 BUG)

  • 对比机
  • 阅读源码
  • 善用调试工具
  • Createpoint + QCOM Case高通文档工具下载,及向高通在线寻求帮助。
  • 搜索引擎
  • GTD (主动性)
  • 文档(Read + Write)

kernel 调试的常用方式有哪些?

硬件调试

  • 示波器
  • 程控电源
  • 万用表
  • Power monitor

Logs

  • 串口日志
  • Logging System
  • logcat/kmsg…
  • Enhanced log
  • pstore
  • ramdump

Tools

  • adb dumpsys
  • gdb
  • QPST
  • Get ramdump/adsp log/… - systrace
  • trace CPU/GPU/Function/Activity/… - powerTop
  • power consumption
  • kmemleak
  • vmstat + top/ps + pmap in android
  • out/soong/host/linux-x86/bin/ - simg2img/lpdump…
  • objdump

文件系统或节点

  • sys
  • power/irq/gpio …
  • proc
  • 内核信息
  • 打印级别
  • dynamic debug
  • echo “file xxx.c +p” > /sys/kernel/dynamic_debug/control