linux firmware的含義是什么

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在linux中，firmware是指“固件”，是硬件設備自身執行的一段程序，一般存放在設備flash內。在Linux系統中，設備驅動程序處于內核態，而固件文件處于用戶態，因此需要一個安全穩定可靠的機制，用來確保設備驅動程序成功加載固件文件。

linux firmware是什么

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

Linux內核開發過程中，開發人員調試外設驅動設備，比如觸控，充電，線性馬達，存儲，WIFI設備等，同樣存在需要更新固件的情況。在Linux系統中，設備驅動程序處于內核態，而固件文件處于用戶態，因此需要一個安全穩定可靠的機制，用來確保設備驅動程序成功加載固件文件。

為了解決設備驅動程序從內核態穩定加載用戶態固件文件的問題，Linux系統提供了固件子系統。

Linux固件子系統流程簡介

Linux固件子系統基于sysfs 和uevent機制實現。

驅動程序調用固件系統函數接口申請固件之后，固件子系統使用固件編譯內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，就使用默認路徑內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uevent消息內指向的固件信息去查找固件，通過sysfs提供的文件節點接口，把獲取的固件內容從用戶態寫入內核態，從而使驅動程序，獲取到固件文件的數據。

Linux固件系統提供了多種在不同場景下獲取固件文件的方法。

1）直接編譯到內核的方式；

2）固件緩存的方式；

3）直接根據內核指定路徑的方式：

4）通過init進程來協助處理的方式；

Linux固件子系統流程框圖

Linux固件子系統主要函數接口

主要函數接口：

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接口實現，或者在驅動程序內先創建工作隊列調用同步函數接口實現。

其中：

• 內核申請固件文件調用 request_firmware函數實現。

• 內核獲取固件文件后調用release_firmware釋放相關的內存。

其中：

• request_firmware_direct接口只在內核指定的路徑內查找固件，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，可以起到不阻塞驅動probe時間的作用。

Linux固件子系統實現過程

request_firmware實現流程

request_firmware函數通過調用_request_firmware_prepare函數，設置不同的標志位，實現不同的差異功能。

• _request_firmware_prepare函數:

在打開CONFIG_FW_LOADER宏開關基礎上，首先通過調用fw_get_builtin_firmware函數的方式，判斷固件文件是否編譯到內核。

接著調用fw_lookup_and_allocate_buf函數，判斷全局fw_cache結構內鏈表是否記錄過當前請求firmware的name。如果不存在當前請求firmware的name，則動態分配對應的內存空間并且添加當前請求firmware的name到全局的fw_cache結構內的鏈表。

• fw_get_filesystem_firmware函數

主要是通過內核提供的默認路徑去查找固件文件，調用kernel_read_file_from_path函數。如果沒有查找到固件文件，則通過標志位FW_OPT_USERHELPER判斷，是否啟用USER_HELPER模式實現。

其中:

Firmware系統內默認路徑如下：

默認路徑可以通過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節點。

fw_load_from_user_helper函數：

先調用fw_create_instance函數創建device設備，class文件和屬性文件，以及分配firmware_priv結構體。

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

該目錄包含三個屬性：

• loading：

  設置為 1：該屬性由負責裝載固件的用戶空間設置1開始；

  設置為 0：當裝載過程完畢；

  設置為 -1：將終止固件裝載過程。

• data：

  用來接收固件數據，在設置完 loading 后，用戶空間進程把固件寫入該屬性。

• device：

  /sys/devices 下相應入口的符號鏈接。

• timeout：

  默認申請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：

首先先禁用uevent上報，通過調用device_add函數添加設備，觸發調用firmware_uevent函數。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，同時調用kobject_uevent函數，上報add動作類型給到上層ueventd。

接著調用fw_state_wait_timeout函數，在預設的超時時間內等待上層ueventd的處理。

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

ueventd相關firmware處理流程

Ueventd是init進程內重要的模塊，它主要處理selinux，dev設備創建，監聽kernel上報uevent消息，firmware固件加載等內容。

FirmwareHandler處理流程：

FirmwareHandler內的HandleUevent方法主要是處理firmware固件加載和底層節點的交互流程。

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firmware模塊才會上報。

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

ProcessFirmwareEvent函數

首先是循環判斷ueventd支持的路徑內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 默認支持搜索固件的路徑：

來自 ueventd.rc文件內指定的firmware_directory。

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