驱动程序 基本知识

什么是驱动程序

驱动程序就是使硬件工作的一种特殊软件，它运行在操作系统的内核空间（虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），封装硬件细节，服务于系统调用。

 

驱动程序和应用程序的区别

1.应用程序运行在用户空间，驱动程序运行在内核空间。

2.应用程序可使用标准的库函数，而驱动程序连接到内核，只能使用内核导出的符号和函数。

3.应用程序错误，一般只会杀死进程，而驱动程序错误，会造成系统不稳定，或者崩溃。

4.应用程序拥有很大的栈空间，而内核栈很小，一般只有4KB。

5.驱动程序类似事件驱动编程，它初始化时候，注册一些设施，服务于系统调用。

 

驱动程序是这样被使用的

1.应用程序使用标准库提供的open函数，打开dev目录下的设备文件。

2.库函数根据参数，执行软件中断指令，引起CPU异常，从而进入内核模式。

3.内核异常处理函数，根据参数找到相应的驱动程序，并返回一个文件句柄给应用程序。

4.应用程序使用文件句柄，操作相应的设备，执行read和write等函数。

 

驱动程序的编写流程

1.查看原理图、数据手册，了解设备参数和操作设备的方法。

2.以内核相近的驱动为模板，进行开发。

3.实现驱动的初始化函数：申请设备号、初始化设备结构、申请中断号并注册中断处理函数、最后使用申请到的设备号连同file_oprations结构一并向内核注册。

4.实现file_oprations结构中的函数和中断服务函数。

5.将驱动程序编译进内核或者动态加载。

 

中断的体系与结构：内核对所有中断进行统一的编号，使用中断描述符irq_desc描述中断的名称、状态、标记底层中断管理函数。用户静态或者动态申请中断号时，request_irq根据中断号找到中断描述符irq_desc数组项，在它的Action链表中添加中断处理函数。

 

中断的处理流程

1.硬件中断发生时，cpu跳转到中断向量。

2.中断向量，读取中断控制器计算中断号，当参数调用中断总入口函数asm_do_IRQ

3.asm_do_IRQ根据中断号找到对应的irq_desc结构

4.从而逐个调用用户申请中断号时候，在Action中注册的中断处理函数。

 

并发的来源:smp、可抢占内核、硬件中断、可延迟机制（work_queue、tasklet、timer）。

并发解决机制:信号量、自旋锁、原子变量、循环缓冲区。

避免死锁:拥有锁的代码不能休眠；当需要多个锁的时候，以同样地顺序去获取。

驱动程序的识别

1.平台设备platform_device结构描述设备的名称，ID，占用的端口与内存。内核初始化阶段，将bsp里的平台设备添加到系统的设备链表。

2.平台驱动platform_driver结构描述操作设备的函数。它和平台设备通过设备名字进行比配。

 

IO端口和IO内存

它们和普通内存相同点是通过地址总线和数据总线，进行访问和数据的传输；不同点是IO端口和IO内存有边际效应，通过使用内存屏障函数来防止，指令被重新排序。