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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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