Linux系统的硬件驱动程序编写原理

Linux系统的硬件驱动程序编写原理
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本文详细地介绍如何Linux系统的硬件驱动程序的编写原理，指出哪些内核例程将会被调用、如何初始化驱动程序及如何分配内存等等。大家一定对Linux操作系统有所了解了，在此本人也不再赘述了。好吧，下面简单地介绍一下设备驱动程序。顾名思义，驱动程序是用来控制计算机外围设备的，Linux系统将所有的外围设备都高度地抽象成一些字节的序列，并且以文件的形式来表示这些设备。我们可以来看一下Linux的I/O子系统（图1）。

　　　　图1 Linux的I/O子系统
　　从图上我们可以看出，内核紧紧地包围在硬件周围，内核是一些软件包的组合，它们可以直接访问系统的硬件，包括处理器、内存和I/O设备。而用户进程则通过内核提供的用户服务来和内核通讯，从而间接地控制系统硬件。
我们可以通过图2来了解这些动作的具体情况。

　　　　　　 图2 用户级、内核级和硬件级三者之间的通讯
　　图上显示了用户级的程序使用内核提供的标准系统调用来与内核通讯，这些系统调用有：open(), read(), write(), ioctl(), close() 等等。
Linux的内核是一个有机的整体。每一个用户进程运行时都好像有一份内核的拷贝，每当用户进程使用系统调用时，都自动地将运行模式从用户级转为内核级，此时进程在内核的地址空间中运行。

　　　　　　　　　　图3 Linux的I/O子系统
　　Linux内核使用"设备无关"的I/O子系统来为所有的设备服务。每个设备都提供标准接口给内核，从而尽可能地隐藏了自己的特性。图3展示了用户程序使用一些基本的系统调用从设备读取数据并且将它们存入缓冲的例子。我们可以看到，每当一个系统调用被使用时，内核就转到相应的设备驱动例程来操纵硬件。
　　每个设备在Linux系统上看起来都像一个文件，它们存放在/dev目录中并被称为"特殊文件"或是"设备节点"。大家可以使用ls -l /dev/lp* 来得到以下的输出：
　　crw-rw-rw 1 root root 6, 0 April 23 1994 /dev/lp0
　　这行输出表示lp0是一个字符设备（属性字段的第一个字符是'c'），主设备号是6，次设备号是0。主设备号用来向内核表明这一设备节点所代表的驱动程序的类型（比如：主设备号是3的块设备是IDE磁盘驱动程序，而主设备号为8的块设备是SCSI磁盘驱动程序）；每个驱动程序负责管理它所驱动的几个硬件实例，这些硬件实例则由次设备号来表示（例如：次设备号为0的SCSI磁盘代表整个也可以说是"第一个"SCSI