linux firmware的含義是什么

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在linux中，firmware是指“固件”，是硬件設(shè)備自身執(zhí)行的一段程序，一般存放在設(shè)備flash內(nèi)。在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序處于內(nèi)核態(tài)，而固件文件處于用戶態(tài)，因此需要一個安全穩(wěn)定可靠的機制，用來確保設(shè)備驅(qū)動程序成功加載固件文件。

linux firmware是什么

固件（firmware）是硬件設(shè)備自身執(zhí)行的一段程序。固件一般存放在設(shè)備flash內(nèi)。而出于成本和便利性的考慮，通常是先將硬件設(shè)備的運行程序打包為一個特定格式的固件文件，存儲到終端系統(tǒng)內(nèi)，通過終端系統(tǒng)給硬件設(shè)備進行升級。

Linux內(nèi)核開發(fā)過程中，開發(fā)人員調(diào)試外設(shè)驅(qū)動設(shè)備，比如觸控，充電，線性馬達(dá)，存儲，WIFI設(shè)備等，同樣存在需要更新固件的情況。在Linux系統(tǒng)中，設(shè)備驅(qū)動程序處于內(nèi)核態(tài)，而固件文件處于用戶態(tài)，因此需要一個安全穩(wěn)定可靠的機制，用來確保設(shè)備驅(qū)動程序成功加載固件文件。

為了解決設(shè)備驅(qū)動程序從內(nèi)核態(tài)穩(wěn)定加載用戶態(tài)固件文件的問題，Linux系統(tǒng)提供了固件子系統(tǒng)。

Linux固件子系統(tǒng)流程簡介

Linux固件子系統(tǒng)基于sysfs 和uevent機制實現(xiàn)。

驅(qū)動程序調(diào)用固件系統(tǒng)函數(shù)接口申請固件之后，固件子系統(tǒng)使用固件編譯內(nèi)核的方式去獲取固件；如果獲取失敗，就使用固件緩存的方式去獲取固件；如果仍然獲取失敗，就使用默認(rèn)路徑內(nèi)核直接查找的方式去獲取固件。如果還是獲取失敗，就通過上報uevent消息給init進程。init進程則接收到uevent消息，過濾出subsystem類型為firmware的消息。init進程根據(jù)uevent消息內(nèi)指向的固件信息去查找固件，通過sysfs提供的文件節(jié)點接口，把獲取的固件內(nèi)容從用戶態(tài)寫入內(nèi)核態(tài)，從而使驅(qū)動程序，獲取到固件文件的數(shù)據(jù)。

Linux固件系統(tǒng)提供了多種在不同場景下獲取固件文件的方法。

1）直接編譯到內(nèi)核的方式；

2）固件緩存的方式；

3）直接根據(jù)內(nèi)核指定路徑的方式：

4）通過init進程來協(xié)助處理的方式；

Linux固件子系統(tǒng)流程框圖

Linux固件子系統(tǒng)主要函數(shù)接口

主要函數(shù)接口：

申請固件接口主要類型分為同步和異步。

通常申請固件的過程比較耗時，以及處理固件升級的過程比較耗時，因此可以采用異步函數(shù)接口實現(xiàn)，或者在驅(qū)動程序內(nèi)先創(chuàng)建工作隊列調(diào)用同步函數(shù)接口實現(xiàn)。

其中：

• 內(nèi)核申請固件文件調(diào)用 request_firmware函數(shù)實現(xiàn)。

• 內(nèi)核獲取固件文件后調(diào)用release_firmware釋放相關(guān)的內(nèi)存。

其中：

• request_firmware_direct接口只在內(nèi)核指定的路徑內(nèi)查找固件，不使用uevent機制來獲取固件。

• request_firmware_nowait接口是通過異步的工作隊列去獲取固件，可以起到不阻塞驅(qū)動probe時間的作用。

Linux固件子系統(tǒng)實現(xiàn)過程

request_firmware實現(xiàn)流程

request_firmware函數(shù)通過調(diào)用_request_firmware_prepare函數(shù)，設(shè)置不同的標(biāo)志位，實現(xiàn)不同的差異功能。

• _request_firmware_prepare函數(shù):

在打開CONFIG_FW_LOADER宏開關(guān)基礎(chǔ)上，首先通過調(diào)用fw_get_builtin_firmware函數(shù)的方式，判斷固件文件是否編譯到內(nèi)核。

接著調(diào)用fw_lookup_and_allocate_buf函數(shù)，判斷全局fw_cache結(jié)構(gòu)內(nèi)鏈表是否記錄過當(dāng)前請求firmware的name。如果不存在當(dāng)前請求firmware的name，則動態(tài)分配對應(yīng)的內(nèi)存空間并且添加當(dāng)前請求firmware的name到全局的fw_cache結(jié)構(gòu)內(nèi)的鏈表。

• fw_get_filesystem_firmware函數(shù)

主要是通過內(nèi)核提供的默認(rèn)路徑去查找固件文件，調(diào)用kernel_read_file_from_path函數(shù)。如果沒有查找到固件文件，則通過標(biāo)志位FW_OPT_USERHELPER判斷，是否啟用USER_HELPER模式實現(xiàn)。

其中:

Firmware系統(tǒng)內(nèi)默認(rèn)路徑如下：

默認(rèn)路徑可以通過kernel command line的方式來增加一個路徑，通過module_param_string接口傳遞給變量path來客制化新增路徑。

USER_HELPER模式

在內(nèi)核打開CONFIG_FW_LOADER_USER_HELPER之后，才支持該功能。主要功能就是通過kernel上報uevent消息給到init進程，通過init進程獲取固件信息寫入底層sysfs節(jié)點。

fw_load_from_user_helper函數(shù)：

先調(diào)用fw_create_instance函數(shù)創(chuàng)建device設(shè)備，class文件和屬性文件，以及分配firmware_priv結(jié)構(gòu)體。

接著在 /sys/class/firmware 下將創(chuàng)建一個目錄，該目錄使用設(shè)備名作為它的目錄名。

該目錄包含三個屬性：

• loading：

  設(shè)置為 1：該屬性由負(fù)責(zé)裝載固件的用戶空間設(shè)置1開始；

  設(shè)置為 0：當(dāng)裝載過程完畢；

  設(shè)置為 -1：將終止固件裝載過程。

• data：

  用來接收固件數(shù)據(jù)，在設(shè)置完 loading 后，用戶空間進程把固件寫入該屬性。

• device：

  /sys/devices 下相應(yīng)入口的符號鏈接。

• timeout：

  默認(rèn)申請firmware通過uevent方式最大超時時間為60S，支持上層寫入超時時間。

_request_firmware_load函數(shù)：

首先先禁用uevent上報，通過調(diào)用device_add函數(shù)添加設(shè)備，觸發(fā)調(diào)用firmware_uevent函數(shù)。其中，填充uevent上報的信息格式，包括固件的名稱，超時時間，是否異步。

下一步則啟用uevent上報功能，同時調(diào)用kobject_uevent函數(shù)，上報add動作類型給到上層ueventd。

接著調(diào)用fw_state_wait_timeout函數(shù)，在預(yù)設(shè)的超時時間內(nèi)等待上層ueventd的處理。

若超時時間達(dá)到或者收到完成量喚醒，則釋放之前申請的內(nèi)存，釋放device，class等內(nèi)存信息。

ueventd相關(guān)firmware處理流程

Ueventd是init進程內(nèi)重要的模塊，它主要處理selinux，dev設(shè)備創(chuàng)建，監(jiān)聽kernel上報uevent消息，firmware固件加載等內(nèi)容。

FirmwareHandler處理流程：

FirmwareHandler內(nèi)的HandleUevent方法主要是處理firmware固件加載和底層節(jié)點的交互流程。

首先先判斷uevent消息的subsystem類型是firmware字段才進行處理，這個類型只有kernel內(nèi)firmware模塊才會上報。

HandleUevent主要是通過一個主線程創(chuàng)建不同的子線程，并行分別處理來自kernel的不同驅(qū)動的firmware請求。

ProcessFirmwareEvent函數(shù)

首先是循環(huán)判斷ueventd支持的路徑內(nèi)檢索固件文件是否存在；若存在，則寫入底層loading屬性文件為1，同時拷貝獲取的固件文件，寫入到底層data文件。完成之后則寫入底層loading屬性文件為0。

至此，kernel就獲取到了用戶空間寫入的固件文件信息。

其中:

ueventd 默認(rèn)支持搜索固件的路徑：

來自 ueventd.rc文件內(nèi)指定的firmware_directory。

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