Linux系统关系族谱图:应用程序、内核、驱动程序、硬件详解

Linux系统关系族谱图:应用程序、内核、驱动程序、硬件详解,第1张

目前,Linux软件工程师大致可分为两个层次:

01Linux应用软件工程师(ApplicaTIon Software Engineer):

主要利用C库函数和Linux API进行应用软件的编写;

从事这方面的开发工作,主要需要学习:符合linux posix标准的API函数及系统调用,linux的多任务编程技巧:多进程、多线程、进程间通信、多任务之间的同步互斥等,嵌入式数据库的学习,UI编程:QT、miniGUI等。

02Linux固件工程师(Firmware Engineer):

主要进行Bootloader、Linux的移植及Linux设备驱动程序的设计工作。

一般而言,固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次,而其中的Linux设备驱动编程又是Linux程序设计中比较复杂的部分,究其原因,主要包括如下几个方面:

1 ) 设备驱动属于Linux内核的部分,编写Linux设备驱动需要有一定的Linux *** 作系统内核基础;需要了解部分linux内核的工作机制与系统组成

2)编写Linux设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解,大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的,例如:针对特定的主机平台:可能是三星的2410、2440,也可能是atmel的,或者飞思卡尔的等等

3 ) Linux设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制,容易出现bug;因为linux本身是一个多任务的工作环境,不可避免的会出现在同一时刻对同一设备发生并发 *** 作

4 ) 由于属于内核的一部分,Linux设备驱动的调试也相当复杂。linux设备驱动没有一个很好的IDE环境进行单步、变量查看等调试辅助工具;linux驱动跟linux内核工作在同一层次,一旦发生问题,很容易造成内核的整体崩溃。

在任何一个计算机系统中,大至服务器、PC机、小至手机、mp3/mp4播放器,无论是复杂的大型服务器系统还是一个简单的流水灯单片机系统,都离不开驱动程序的身影,没有硬件的软件是空中楼阁,没有软件的硬件只是一堆废铁,硬件是底层的基础,是所有软件得以运行的平台,代码最终会落实到硬件上的逻辑组合。

但是硬件与软件之间存在一个驳论:为了快速、优质的完成软件功能设计,应用程序工程师不想也不愿关心硬件,而硬件工程师也很难有功夫去处理软件开发中的一些应用。例如软件工程师在调用printf的时候,不许也不用关心信息到底是通过什么样的处理,走过哪些通路显示在该显示的地方,硬件工程师在写完了一个4*4键盘驱动后,无需也不必管应用程序在获得键值后做哪些处理及 *** 作。

也就是说软件工程师需要看到一个没有硬件的纯软件世界,硬件必须透明的提供给他,谁来实现这一任务?答案是驱动程序,驱动程序从字面解释就是:“驱使硬件设备行动”。驱动程序直接与硬件打交道,按照硬件设备的具体形式,驱动设备的寄存器,完成设备的轮询、中断处理、DMA通信,最终让通信设备可以收发数据,让显示设备能够显示文字和画面,让音频设备可以完成声音的存储和播放。

可见,设备驱动程序充当了硬件和软件之间的枢纽,因此驱动程序的表现形式可能就是一些标准的、事先协定好的API函数,驱动工程师只需要去完成相应函数的填充,应用工程师只需要调用相应的接口完成相应的功能。无论有没有 *** 作系统,驱动程序都有其存在价值,只是在裸机情况下,工作环境比较简单、完成的工作较单一,驱动程序完成的功能也就比较简单,同时接口只要在小范围内符合统一的标准即可。但是在有 *** 作系统的情况下,此问题就会被放大:硬件来自不同的公司、千变万化,全世界每天都会有大量的新芯片被生产,大量的电路板被设计出来,如果没有一个很好的统一标准去规范这一程序, *** 作系统就会被设计的非常冗余,效率会非常低。

所以无论任何 *** 作系统都会制定一套标准的架构去管理这些驱动程序:linux作为嵌入式 *** 作系统的典范,其驱动架构具有很高的规范性与聚合性,不但把不同的硬件设备分门别类、综合管理,并且针对不同硬件的共性进行了统一抽象,将其硬件相关性降到最低,大大简化了驱动程序的编写,形成了具有其特色的驱动组织架构。

下图反映了应用程序、linux内核、驱动程序、硬件的关系。

Linux系统关系族谱图:应用程序、内核、驱动程序、硬件详解,Linux系统关系族谱图:应用程序、内核、驱动程序、硬件详解,第2张

linux内核分为5大部分:多任务管理、内存管理、文件系统管理、设备管理、网络管理;

每一部分都有承上下的作用,对上提供API接口,提供给应用开发工程师使用;

对下通过驱动程序屏蔽不同的硬件构成,完成硬件的具体 *** 作。

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原文地址: http://outofmemory.cn/dianzi/2718273.html

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