从新手村开始，手把手带你入门梳理内核代码

作者：姜亚华（@二如公子 ），《精通 Linux 内核——智能设备开发核心技术》的作者，一直从事与 Linux 内核和 Linux 编程相关的工作，研究内核代码十多年，对多数模块的细节如数家珍。曾负责华为手机 Touch、Sensor 的驱动和软件优化（包括 Mate、荣耀等系列），以及 Intel 安卓平台 Camera 和 Sensor 的驱动开发（包括 Baytrail、Cherrytrail、Cherrytrail CR、Sofia 等）。现负责 DMA、Interrupt、Semaphore 等模块的优化与验证（包括 Vega、Navi 系列和多款 APU 产品）。

往期回顾：

Java 离内核有多远？

在上一期内容中，我们介绍了从 JVM 到内核的编译原理，告诉大家应用和系统工程师如何接触到内核。本文将从一个简单的底层硬件模块入手，一步步教大家如何梳理内核代码。适合精力集中在内核，不太需要关心用户空间的工程师，比如驱动工程师、嵌入式工程师等，以及想往这方面学习发展的朋友。

初探内核

Ubuntu (lsb_release -a)	Distributor ID: Ubuntu Description:    Ubuntu 19.10 Release:        19.10
Linux (uname -a)	Linux yahua 5.5.5 #1 SMP … x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

在往期的访谈中，我们讨论过如何阅读内核代码，在这里按照之前讨论的思路详细扩展下。

在 drivers/input/keyboard 下面的文件是键盘驱动，我们选择 lm8333.c 吧（没什么特殊理由，其他的也可以）。

找到 module_init，xxx_init，module_xxx，这些就是模块（驱动也是一种模块）的入口（进阶点 1，系统的启动过程），lm8333.c 内对应的是 module_i2c_driver(lm8333_driver)，注册 driver。

lm8333_driver 定义如下：

static struct i2c_driver lm8333_driver = { .driver = { .name = "lm8333", }, .probe = lm8333_probe, .remove = lm8333_remove, .id_table = lm8333_id, };

驱动和设备匹配后，会回调 probe（进阶点 2，Linux Device Driver，LDD），也就是 lm8333_probe，它的关键代码如下：

static int lm8333_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) //1 { const struct lm8333_platform_data *pdata = dev_get_platdata(&client->dev); struct lm8333 *lm8333; struct input_dev *input; lm8333 = kzalloc(sizeof(*lm8333), GFP_KERNEL); //7 input = input_allocate_device(); //8 lm8333->client = client; //10 lm8333->input = input; //11 input->name = client->name; //13 input->dev.parent = &client->dev; //14 input->id.bustype = BUS_I2C; //15 input_set_capability(input, EV_MSC, MSC_SCAN); //16 err = matrix_keypad_build_keymap(pdata->matrix_data, …, input); //18 if (pdata->debounce_time) { err = lm8333_write8(lm8333, LM8333_DEBOUNCE, pdata->debounce_time / 3); //22 } if (pdata->active_time) { err = lm8333_write8(lm8333, LM8333_ACTIVE, pdata->active_time / 3); //27 } err = request_threaded_irq(client->irq, NULL, lm8333_irq_thread, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT, "lm8333", lm8333); //32 err = input_register_device(input); //34 i2c_set_clientdata(client, lm8333); //36 return 0; }

probe 的任务是驱动的初始化和设置，初学阶段，并不需要每一行代码都深入学习，可以先尝试将代码分类，以 lm8333_probe 为例。

第 1 行，函数的参数类型是固定的，背后是 LDD。

第 7 行，申请内存，背后是内存管理。暂且把它当成c语言的 malloc 也无妨。

第 8/13~16/18/34，input 相关，背后是 input 子系统。

第 22/27 行，写寄存器，背后是 i2c 总线。

第 32 行，request_threaded_irq，背后是中断处理。

这些背后的机制每一个都是一个进阶点。

初始化完毕，中断产生后，会调用 request_threaded_irq 时传递的 lm8333_irq_thread，继续梳理它的逻辑。

static irqreturn_t lm8333_irq_thread(int irq, void *data) { struct lm8333 *lm8333 = data; u8 status = lm8333_read8(lm8333, LM8333_READ_INT); if (!status) return IRQ_NONE; if (status & LM8333_ERROR_IRQ) { //省略 } if (status & LM8333_KEYPAD_IRQ) lm8333_key_handler(lm8333); return IRQ_HANDLED; }

可以看到 lm8333_irq_thread 先读寄存器来判断产生中断的原因，是 ERROR 还是 KEYPAD，如果是后者，调用 lm8333_key_handler。

static void lm8333_key_handler(struct lm8333 *lm8333) { struct input_dev *input = lm8333->input; u8 keys[LM8333_FIFO_TRANSFER_SIZE]; u8 code, pressed; int i, ret; ret = lm8333_read_block(lm8333, LM8333_FIFO_READ, LM8333_FIFO_TRANSFER_SIZE, keys); for (i = 0; i < LM8333_FIFO_TRANSFER_SIZE && keys[i]; i++) { pressed = keys[i] & 0x80; code = keys[i] & 0x7f; input_event(input, EV_MSC, MSC_SCAN, code); input_report_key(input, lm8333->keycodes[code], pressed); } input_sync(input); }

lm8333_key_handler 读寄存器，然后根据寄存器的值判断实际的按键，调用 input_report_key 报告数据。

好了，lm8333.c 的逻辑我们清楚了：初始化、设置中断、读取数据并 report。

我们从 lm8333 的硬件角度看看，它是一个比较简单的芯片，datasheet（数据手册，下载地址）也并不复杂，摘取其中一段。

n ACCESS.bus (I2C-compatible) communication interface to the host

n Four general purpose host programmable I/O pins with two optional (slow) external Interrupts

n 16 byte FIFO buffer to store key pressed and key released events

n Host programmable active time and debounce time

兼容 i2c 总线，支持中断，16 字节的 buffer，主机可编程有效时间和去抖时间。

再看看寄存器（这个文档称之为 command）表。

CMD	Data Bits	Description
0x20 FIFO_READ	128	Read an event from the FIFO. Maximum 14 event codes stored in the FIFO. MSB = 1: key pressed. MSB = 0: key released.
0x22 DEBOUNCE	8	Default is 10 ms. Valid range 1255. Time ~ n x 4 ms
…	…	…

再看看代码里出现的 i2c 读写的地址 LM8333_DEBOUNCE（0x22）和 LM8333_FIFO_READ（0x20）这些，这个表就是依据。

驱动做的事情可以分为两个方面，一方面是处理芯片本身的逻辑，比如中断、i2c、寄存器和时序等；另一方面是系统方面的，驱动和设备匹配、中断处理、数据传递（报告）等。

lm8333 比较简单，但复杂的芯片多如牛毛，所以驱动工程师也可以分为两类，一类比较专注于芯片本身的逻辑，另一类游到内核的大海中去了。

复杂的芯片本身就是一个完整的系统，成千上万的寄存器，错综复杂的模块，能将这些弄清楚也是有很大挑战的。除此之外，复杂的芯片很多都有配套的软件架构，比如 ISP（Camera）相关的 V4L2（Video For Linux 2），GPU 相关的 DRM（Direct Rendering Manager）。

很明显，芯片本身的逻辑并不是本文的重点，我们更关心如何游到内核。

再看 lm8333.c，大概清楚它的主要流程后，我们基本就算脱离新手村了，就像网游一样可以进入到下一阶副本了。回忆一下，在新手村，我们只需要识别出哪些函数属于其他模块，了解它们的基本原理，熟悉本身模块的逻辑即可。

 

进入第二个阶段，最好先从与日常工作关系最密切的模块入手。比如 lm8333，连接在 i2c 总线上，获取数据后通过 input 子系统 report，就可以从 i2c 和 input 入手。

学习 i2c 的过程中，还要解决 i2c 总线和 lm8333 的关系，这就涉及到 LDD。

深入 input 子系统的过程中，如果你对用户空间得到数据的过程感兴趣，就涉及到文件系统、poll/epoll 等。

当然了，在这个阶段，最好还是把文件系统这些复杂的模块当作黑盒。小碎步前进，不断有收获。

稍微复杂些的驱动可能还会有电源管理、工作队列和等待队列等机制，也可以在这个阶段内梳理它们的原理，至于它们背后的进程管理这些也可以先放放。

有了这一身装备，应付副本里的小 BOSS 也绰绰有余了，相比新手村那会也更有成就感，可以仗剑天涯了。

 

第三个阶段就是解决之前遗留的疑问了，将内存管理、文件系统和进程管理等一一拿下，比如 lm8333_probe 调用的 kzalloc、input 子系统涉及的 sysfs 文件系统、工作队列和中断处理相关的进程调度，一步步深入挖掘。

在之前的问答活动里我曾说过，“我已经把自己看过的代码的截图放在随书资料中了，算是一小段捷径吧。这些截图里面，某函数、它调用的函数等函数调用关系使用红线标示（如下图），内容包括内存管理、文件系统和进程管理三大模块。”

这些截图是随书资料，但并不是光盘那种。想要获取资料的朋友欢迎在下面评论留言，或者邮件（linux_kernel_os@163.com）联系我，有任何疑问也可以找我共同探讨。

 

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