linux firmware是什麼

在linux中，firmware是指“韌體”，是硬體設備本身執行的一段程序，一般存放在設備flash內。在Linux系統中，裝置驅動程式處於核心態，而韌體檔案處於用戶態，因此需要一個安全穩定可靠的機制，用來確保裝置驅動程式成功載入韌體檔案。

本教學操作環境：linux7.3系統、Dell G3電腦。

linux firmware是什麼

#韌體（firmware）是硬體設備本身執行的程式。韌體一般存放在設備flash內。而出於成本和便利性的考慮，通常是先將硬體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，通過終端系統給硬體設備進行升級。

Linux核心開發過程中，開發人員調試外設驅動設備，例如觸控，充電，線性馬達，存儲，WIFI設備等，同樣存在需要更新韌體的情況。在Linux系統中，裝置驅動程式處於核心態，而韌體檔案處於用戶態，因此需要一個安全穩定可靠的機制，用來確保裝置驅動程式成功載入韌體檔案。

為了解決裝置驅動程式從核心態穩定載入用戶態韌體檔案的問題，Linux系統提供了韌體子系統。

Linux韌體子系統流程簡介

Linux韌體子系統基於sysfs 和uevent機制實作。

驅動程式呼叫韌體系統函數介面申請韌體之後，韌體子系統使用韌體編譯內核的方式去獲取韌體；如果獲取失敗，請使用韌體快取的方式去獲取韌體；如果仍然獲取失敗，就使用預設路徑核心直接尋找的方式去取得韌體。如果還是取得失敗，就透過回報uevent訊息給init進程。 init進程則接收到uevent訊息，過濾出subsystem類型為firmware的訊息。 init進程根據uevent訊息內指向的韌體資訊去查找固件，透過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韌體系統提供了多種在不同場景下取得韌體檔案的方法。

1）直接編譯到核心的方式；

2）韌體快取的方式；

3）直接根據核心指定路徑的方式：

# 4）透過init程序來協助處理的方式；

Linux韌體子系統流程框圖

• #Linux韌體子系統主要函數介面

• 主要函數介面：

申請韌體介面主要類型分為同步和非同步。

通常申請韌體的過程比較耗時，以及處理韌體升級的過程比較耗時，因此可以採用非同步函數介面實現，或者在驅動程式內先創建工作隊列調用同步函數介面實現。

其中：

• 核心申請韌體檔案呼叫 request_firmware函數實作。

• 核心取得韌體檔案後呼叫release_firmware釋放相關的記憶體。

其中：

#request_firmware_direct介面只在核心指定的路徑內尋找韌體，不使用uevent機制來取得韌體。

request_firmware_nowait介面是透過非同步的工作佇列去取得韌體，可以起到不阻塞驅動probe時間的作用。

Linux韌體子系統實作過程

request_firmware實現流程

request_firmware函數透過呼叫_request_firmware_prepare函數，設定不同的標誌位，實現不同的差異功能。 ############_request_firmware_prepare函數:############在開啟CONFIG_FW_LOADER巨集開關基礎上，先透過呼叫fw_get_builtin_firmware函數的方式，判斷韌體檔案是否編譯到內核。 ###############接著呼叫fw_lookup_and_allocate_buf函數，判斷全域fw_cache結構內鍊錶是否記錄過目前請求firmware的name。如果不存在目前請求firmware的name，則動態分配對應的記憶體空間並且新增目前請求firmware的name到全域的fw_cache結構內的鍊錶。 ###

• fw_get_filesystem_firmware函數

主要是透過核心提供的預設路徑去尋找韌體文件，呼叫kernel_read_file_from_path函數。如果沒有查找到韌體文件，則透過標誌位FW_OPT_USERHELPER判斷，是否啟用USER_HELPER模式實作。

其中:

Firmware系統內的預設路徑如下：

預設路徑可以透過kernel command line 來增加一個路徑，透過module_param_string介面傳遞給變數path來客製化新增路徑。

USER_HELPER模式

#在核心開啟CONFIG_FW_LOADER_USER_HELPER之後，才支援此功能。主要功能就是透過kernel上報uevent訊息給到init進程，透過init進程取得韌體資訊寫入底層sysfs節點。

fw_load_from_user_helper函數：

先呼叫fw_create_instance函數建立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 下將建立一個目錄，該目錄使用裝置名稱作為它的目錄名稱。

此目錄包含三個屬性：

• loading：

  #設定為1：此屬性由負責裝載韌體的使用者空間設定1開始；

  設定為0：當裝載過程完成；

  設定為-1：將終止韌體裝載過程。

• data：

  用來接收韌體數據，設定完 loading 後，用戶空間進程把韌體寫入該屬性。

• device：

  /sys/devices 下對應入口的符號連結。

• timeout：

  預設申請firmware透過uevent方式最大逾時時間為60S，支援上層寫入逾時時間。

_request_firmware_load函數：

先停用uevent上報，透過呼叫device_add函數加入設備，觸發呼叫firmware_uevent函數。其中，填入uevent上報的資訊格式，包括韌體的名稱，超時時間，是否非同步。

下一步則啟用uevent上報功能，同時呼叫kobject_uevent函數，上報add動作型別給到上層ueventd。

接著呼叫fw_state_wait_timeout函數，在預設的逾時時間內等待上層ueventd的處理。

若逾時時間達到或收到完成量喚醒，則釋放先前申請的內存，釋放device，class等記憶體資訊。

ueventd相關firmware處理流程

Ueventd是init進程內重要的模組，它主要處理selinux，dev設備創建，監聽kernel上報uevent訊息，firmware韌體加載等內容。

FirmwareHandler處理流程：

FirmwareHandler內的HandleUevent方法主要是處理firmware韌體載入和底層節點的互動流程。

先判斷uevent訊息的subsystem類型是firmware欄位才處理，這個類型只有kernel內firmware模組才會被回報。

HandleUevent主要是透過一個主執行緒建立不同的子線程，並行分別處理來自kernel的不同驅動的firmware請求。

ProcessFirmwareEvent函數

首先是循環判斷ueventd支援的路徑內檢索韌體檔案是否存在；若存在，則寫入底層loading屬性檔案為1 ，同時拷貝取得的韌體文件，寫入到底層data檔案。完成之後則寫入底層loading屬性檔為0。

至此，kernel就取得到了用戶空間寫入的韌體檔案資訊。

其中:

ueventd 預設支援搜尋韌體的路徑：

來自 ueventd.rc檔案內指定的firmware_directory。

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