Linux设备驱动概述

1.设备驱动的作用

对设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件直接打交道，按照硬件设备的具体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA通信，进行物理内存向虚拟内存的映射等，最终让通信设备能收发数据，让显示设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。
由此可见，设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带，应用软件时只需要调用系统软件的应用编程 接口（API）就可让硬件去完成要求的工作。在系统没有操作系统的情况下，工程师可以根据硬件设备的特点自行定义接口，如对串口定义SerialSend（）、SerialRecv（），对LED定义LightOn（）、 LightOff（），对Flash定义FlashWr（）、FlashRd（）等。
而在有操作系统的情况下，驱动的架构则由相应的操作系统定义，驱动工程师必须按照相应的架构设计驱动，这样，驱动才能良好地整合入操作系统的内核中。 驱动程序负责硬件和应用软件之间的沟通，而驱动工程师则负责硬件工程师和应用软件工程师之间的沟通。目前，随着通信、电子行业的迅速发展，全世界每天都会生产大量新芯片，设计大量新电路板，也因此，会有大量设备驱动需要开发。这些驱动或运行在简单的单任务环境中，或运行在VxWorks、 Linux、Windows等多任务操作系统环境中，它们发挥着不可替代的作用。

2.Linux设备驱动

2.1设备的分类及特点

计算机系统的硬件主要由CPU、存储器和外设组成。随着IC制作工艺的发展，目前，芯片的集成度越来越高，往往在CPU内部就集成了存储器和外设适配器。譬如，相当多的ARM、PowerPC、MIPS等处理器都集成了UART、I2C控制器、SPI控制器、USB控制器、SDRAM控制器等，有的处理器还集成了GPU（图形处理器）、视频编解码器等。
驱动针对的对象是存储器和外设（包括CPU内部集成的存储器和外设），而不是针对CPU内核。Linux将存储器和外设分为3个基础大类。

·字符设备。

·块设备。

·网络设备。

字符设备指那些必须以串行顺序依次进行访问的设备，如触摸屏、磁带驱动器、鼠标等。块设备可以按任意顺序进行访问，以块为单位进行操作，如硬盘、eMMC等。字符设备和块设备的驱动设计有出很大的差异，但是对于用户而言，它们都要使用文件系统的操作接口open（）、close（）、read（）、write（）等进行访问。
在Linux系统中，网络设备面向数据包的接收和发送而设计，它并不倾向于对应于文件系统的节点。内核与网络设备的通信与内核和字符设备、网络设备的通信方式完全不同，前者主要还是使用套接字接口。

2.2Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系

如图所示，除网络设备外，字符设备与块设备都被映射到Linux文件系统的文件和目录，通过文件系统的系统调用接口open（）、write（）、read（）、close（）等即可访问字符设备和块设备。所有字符设备和块设备都统一呈现给用户。Linux的块设备有两种访问方法：一种是类似dd命令对应的原始块设备，如“/dev/sdb1”等；另外一种方法是在块设备上建立FAT、EXT4、BTRFS等文件系统，然后以文件路径如“/home/barry/hello.txt”的形式进行访问。在Linux中，针对NOR、NAND等提供了独立的内存技术设备（Memory Technology Device，MTD）子系统，其上运行YAFFS2、JFFS2、UBIFS等具备擦除和负载均衡能力的文件系统。针对磁盘或者Flash设备的FAT、EXT4、YAFFS2、JFFS2、UBIFS等文件系统定义了文件和目录在存储介质上的组织。而Linux的虚拟文件系统则统一对它们进行了抽象。

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应用程序可以使用Linux的系统调用接口编程，但也可使用C库函数，出于代码可移植性的目的，后者更值得推荐。C库函数本身也通过系统调用接口而实现，如C库函数fopen（）、fwrite（）、fread（）、fclose（）分别会调用操作系统的API open（）、write（）、read（）、close（）。