一文讲解Linux内核——设备驱动程序，详细了解

没丸没鸟

----- 设备驱动程序通常又称为设备处理程序，它是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，又由于它常以进程的形式存在，可简称之为
设备驱动进程。其主要任务是接收上层软件发来的抽象I/O要求，如read或write命令，在把它转换为具体要求后，发送给设备控制器，启动
设备去执行；此外，它也将从设备控制器发来的信号传送给上层软件。
----- 由于驱动程序与硬件密切相关，故应为每一类设备配置一种驱动程序，有时也可为非常类似的两类设备配置一个驱动程序。例如，打印机
和显示器需要不同的驱动程序，但SCSI磁盘驱动程序通常可以处理不同大小和不同速度的多个SCSI磁盘，甚至还可以处理SCSI CD-ROM。
1、设备驱动程序的功能
为了实现I/O进程与设备控制器之间的通信，设备驱动程序应具有以下功能：
-- 1）接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求。
例如，将磁盘块号转换为磁盘的盘面、磁道号及扇区号。
-- 2）检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。
-- 3）发出I/O命令。
如果设备空闲，便立即启动I/O设备去完成指定的I/O操作；如果设备处于忙碌状态，则将请求者的请求块挂在设备队列上等待。
-- 4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。
-- 5）对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序
2、设备处理方式
在不同的操作系统中所采用的设备处理方式并不完全相同。
根据在设备处理时是否设置进程，以及设置什么样的进程而把设备处理方式分成以下三类：
---- 1）为每一类设备设置一个进程，专门用于执行这类设备的I/O操作。
比如，为所有的交互式终端设置一个交互式终端进程；为同一类型的打印机设置一个打印进程。
---- 2）在整个系统中设置一个I/O进程，专门用于执行系统中所有各类设备的I/O操作。
也可以设置一个输入进程和一个输出进程，分别处理系统中所有各类设备的输入和输出操作。
---- 3）不设置专门的设备处理进程，而只为各类设备设置相应的设备处理程序（模块），供用户进程或系统进程调用。
3、设备驱动程序的特点
设备驱动程序属于低级的系统例程，它与一般的应用程序及系统程序之间有下述明显差异：
--- 1）驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。
它将进程的I/O请求经过转换后，传送给控制器；又把控制器中所记录的设备状态和I/O操作完成情况及时的反应给请求I/O的进程。
--- 2）驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序。
例如，可以为相同的多个终端设置一个终端驱动程序，但有时即使是同一类型的设备，由于其生产厂家不同，他们也可能并不完全兼容，
此时也需为它们配置不同的驱动程序。
--- 3）驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关。
常用的I/O控制方式是中断驱动和DMA方式，这两种方式的驱动程序明显不同，后者是按数组方式启动设备及进行中断处理。
--- 4）由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言编写。目前有很多驱动程序的基本部分，已经固化在ROM中。
--- 5）驱动程序应允许可重入。一个正在运行的驱动程序常会在一次调用完成前被再次调用。
例如，网络驱动程序正在处理一个到来的数据包时，另一个数据包可能已经到达。
--- 6）驱动程序不允许系统调用。
但是为了满足其与内核其它部分的交互，可以允许对某些内核过程的调用。如通过调用内核过程来分配和释放内存页面作为缓冲区。
4、设备驱动程序的处理过程
不同类型的设备应有不同的设备驱动程序，但大体上它们都可以分成两部分：
--------- 能够驱动I/O设备工作的驱动程序
--------- 设备中断处理程序（处理I/O完成后的工作）。
设备驱动程序的主要任务是启动指定设备。但在启动之前，还必须完成必要的准备工作，如检测设备状态是否为“忙”等。在完成所有的准备
工作后，才向设备控制器发送一条启动命令。以下是设备驱动程序的处理过程：
-- 1）将抽象要求转换为具体要求
由于用户及上层软件对设备控制器的具体情况毫无了解，因而只能向它发出抽象的要求（命令），但这些命令无法传送给设备控制器。因此
就需要将这些抽象要求转换为具体要求。这一转换工作只能由驱动程序来完成，因为在OS中只有驱动程序才同时了解抽象要求和设备控制器
中的寄存器情况；也只有它才知道命令、参数和数据应分别送往哪个寄存器。
-- 2）检查I/O请求的合法性
-- 3）读出和检查设备的状态
-- 4）传送必要的参数
对于许多设备，特别是块设备，除必须向其控制器发送启动命令外，还需传送必要的参数。例如在启动磁盘进行读/写之前，应先将本次要传送
的字节数和数据应到达的主存始址，送入控制器的相应寄存器中。
-- 5）工作方式的设置
-- 6）启动I/O设备
驱动程序发出I/O命令后，基本的I/O操作是在设备控制器的控制下进行的。通常，I/O操作所要完成的工作较多，需要一定的时间，如读/写一个
盘块中的数据，此时驱动（程序）进程把自己阻塞起来，直到中断到来时才将它唤醒。

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