软件驱动硬件的原理是什么?

软件驱动硬件的原理是什么?,第1张

驱动程序即添加到 *** 作系统中的一小块代码,其中包含有关硬件设备的信息。有了此信息,计算机就可以与设备进行通信。驱动程序是硬件厂商根据 *** 作系统编写的配置文件,可以说没有驱动程序,计算机中的硬件就无法工作。 *** 作系统不同,硬件的驱动程序也不同,各个硬件厂商为了保证硬件的兼容性及增强硬件的功能会不断地升级驱动程序。如:Nvidia 显卡芯片公司平均每个月会升级显卡驱动程序2-3次。驱动程序是硬件的一部分,当你安装新硬件时,驱动程序是一项不可或缺的重要元件。凡是安装一个原本不属于你电脑中的硬件设备时,系统就会要求你安装驱动程序,将新的硬件与电脑系统连接起来。驱动程序扮演沟通的角色,把硬件的功能告诉电脑系统,并且也将系统的指令传达给硬件,让它开始工作。 \x0d\x0a当你在安装新硬件时总会被要求放入“这种硬件的驱动程序”,很多人这时就开始头痛。不是找不到驱动程序的盘片,就是找不到文件的位置,或是根本不知道什么是驱动程序。比如安装打印机这类的硬件外设,并不是把连接线接上就算完成,如果你这时候开始使用,系统会告诉你,找不到驱动程序。怎么办呢?参照说明书也未必就能顺利安装。其实在安装方面还是有一定的惯例与通则可寻的,这些都可以帮你做到无障碍安装。 \x0d\x0a在Windows系统中,需要安装主板、光驱、显卡、声卡等一套完整的驱动程序。如果你需要外接别的硬件设备,则还要安装相应的驱动程序,如:外接游戏硬件要安装手柄、方向盘、摇杆、跳舞毯等的驱动程序,外接打印机要安装打印机驱动程序,上网或接入局域网要安装网卡、Moden甚至ISDN、ADSL的驱动程序。说了这么多的驱动程序,你是否有一点头痛了。下面就介绍Windows系统中各种的不同硬件设备的驱动程序,希望能让你拨云见日。 \x0d\x0a在Windows 9x下,驱动程序按照其提供的硬件支持可以分为:声卡驱动程序、显卡驱动程序、鼠标驱动程序碰稿昌、主板驱动程序、网络设备驱动程序、打印机驱动程序、扫描仪驱动程序等等。为什么没有CPU、内存驱动程序呢?因为CPU和内存无需驱动程序便可使用,不仅如此,绝大多数键盘、鼠标、硬盘、软驱、显示器和主板上的标准设备都可以用Windows自带的标准驱动程序来驱动,当然其它特定功能除外。如果敬碰你需要在Windows系统中的DOS模式下使用光驱,那么还需要在DOS模式下安装光驱驱动程序。多数显卡、声卡、网卡等内置扩展卡和打印机、扫描仪、外置Modem等外设都需要安装与设备型号相符的驱动程序,否则无法发挥其部分或全部功能。驱动程序一般可通过三种途径得到,一是购买的硬件附带有驱动程序二是Windows系统自带有大量驱动程序三是从Internet下载驱动程序。最后一种途径往往能够得到最新的驱动程序。 \x0d\x0a供Windows 9x使用的驱动程序包通常由一些.vxd(或.386)、.drv、.sys、.dll或.exe等文件组成,在安装过程中,大部分文件都会被拷贝到“Windows\ System”目录下。 \x0d\x0aWindows怎样知道安装的是什么设备,以及要拷贝哪些文件呢?答案在于.inf文件。.inf是从Windows 95时代开始引入的一种描述设备安装信息的文件,它用特定语法的文字来说明要安装的设备类型、生产厂商、型号、要拷贝笑扒的文件、拷贝到的目标路径,以及要添加到注册表中的信息。通过读取和解释这些文字,Windows便知道应该如何安装驱动程序。目前几乎所有硬件厂商提供的用于Windows 9x下的驱动程序都带有安装信息文件。事实上,.inf文件不仅可用于安装驱动程序,还能用来安装与硬件并没有什么关系的软件,例如Windows 98支持“Windows更新”功能,更新时下载的系统部件就是利用.inf文件来说明如何安装该部件的。 \x0d\x0a在安装驱动程序时,Windows一般要把.inf文件拷贝一份到“Win-dows\Inf”或“Windows\Inf\Other”目录下,以备将来使用。Inf目录下除了有.inf文件外,还有两个特殊文件Drvdata.bin和Drvidx.bin,以及一些.pnf文件,它们都是Windows为了加快处理速度而自动生成的二进制文件。Drvdata.bin和Drvidx.bin记录了.inf文件描述的所有硬件设备,也许朋友们会有印象:当我们在安装某些设备时,经常会看到一个“创建驱动程序信息库”的窗口,此时Windows便正在生成这两个二进制文件。 \x0d\x0aWindows 9x专门提供有“添加新硬件向导”(以下简称硬件向导)来帮助使用者安装硬件驱动程序,使用者的工作就是在必要时告诉硬件向导在哪儿可以找到与硬件型号相匹配的.inf文件,剩下的绝大部分安装工作都将由硬件安装向导自己完成。

什么是驱动程序:驱动程序是用于计算机和外部设备通信的一种程序代码。没错,驱动本身的核心是代码而非独立的程序。而那些带有可以设置硬件参数的所谓驱动设置程序,其本和裂质只是对驱动代码的内置参数进行了更改而已,设置程序本身和驱动并没。

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驱动的运行原理:驱动程序是通过读写外设的外部寄存器来和外设进行数据及指令的交枣棚核互运作的。例如当人 *** 作鼠标后,所属于鼠标的外部寄存器内的数据就会发生变化,而系统或应用程序等读取该数据后就可以知道鼠标执行的那些动作,随即根据程序设置而进行进一步处理。这里顺带一提的是,驱动程序未必一定要通过安装程序来进行安装,如一般的bios程序就自动有键盘的驱动程序,而有些游戏程序自带有常用的游戏手柄驱动程序等等。

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驱动程序的编程:一般编制驱动程序多半是为了新开发的硬件外设,当然也不排除对原有外设的优化等等。而驱动编程的关键在于对外部寄存器的理解和具体 *** 作,但完全掌握了这些要点后,那么自己开发驱动甚至是自己开发心仪我硬件外设都是不成问题的

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驱动程序的编程要点:驱动程序编写时首先要明确需要实现的功能,并假想预设数据代码对凳掘应的功能及配套使用的软件,驱动程序有时往往需要内嵌到对应的应用程序内部才能保证外设的正常调用。

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驱动程序编程的独有特点:驱动程序本身的代码往往并不多,其对应的参数功能设置程序的代码往往会比驱动本身多不少,这个是驱动编程中极为常见的。

由于你的问题太长我只好转载别人的手打的太累不好意思~~~

Linux是Unix***作系统的一种变种,在Linux下编写驱动扰迅程序的原理和

思想完全类似于其他的Unix系统,但它dos或window环境下的驱动程序有很大的

区别.在Linux环境下设计驱动程序,思想简洁,***作方便,功芤埠芮看?但是

支持函数少,只能依赖kernel中的函数,有些常用的***作要自己来编写,而且调

试也不方便.本人这几周来为实验室自行研制的一块多媒体卡编制了驱动程序,

获得了一些经验,愿与Linux fans共享,有不当之处,请予指正.

以下的一些文字主要来源于khg,johnsonm的Write linux device driver,

Brennan's Guide to Inline Assembly,The Linux A-Z,还有清华BBS上的有关

device driver的一些资料. 这些资料有的已经过时,有的还有一些错误,我依

据自己的试验结果进行了修正.

一. Linux device driver 的概念

系统调用是***作系统内核和应用程序之间的接口,设备驱动程序是***作系统

内核和机器硬件之间的接口.设备驱动程序为应用程序屏蔽了硬件的细节,这样

在应用程序看来,硬件设备只是一个设备文件, 应用程序可以象***作普通文件

一样对硬件设备进行***作.设备驱动程序是内核的一部分,它完成以下的功能:

1.对设备初始化和释放.

2.把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据.

3.读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据.

4.检测和处理设备出现的错误.

在Linux***作系统下有两类主要的设备文件类型,一种是字符设备,另一种是

块设备.字符设备和块设备的主要区别是:在对字符设备发出读/写请求时,实际

的硬件I/O一般就紧接着发生了,块设备则不然,它利用一块系统内存作缓冲区,

当用户进程对设备请求能满足用户的要求,就返回请求的数据,如果不能,就调用请求函数来进行实际

的I/O***作.块设备是主要针对磁盘等慢速设备设计的,以免耗费过多的CPU时间

来等待.

已经提到,用户进程是通过设备文件来与实际的硬件打交道.每个设备文件都

都有其文件属性(c/b),表示是字符设备还蔤强樯璞?另外每个文件都有两个设

备号,第一个是主设备号,标识驱动程序,第二个是从设备号,标识使用同一个

设备驱动程序的不同的硬件设备,比如有两个软盘,就可以用从设备号来区分

他们.设备文件的的主设备号必须与设备驱动程序在登记时申请的主设备号

一致,否则用户进程将无法访问到驱动程序.

最后必须提到的是,在用户进程调用驱动程序时,系统进入核心态,这谨李局时不再是

抢先式调度.也就是说,系统必须在你的驱动程序的子函数返回后才能进行其他

的工作.如果你的驱动程序陷入死循环,不幸的是你只有重新启动机器了,然后就

是漫长的fsck.//hehe

(请看下节,实例剖析)

读/写时,它首先察看缓冲区的内容,如果缓冲区的数据

如何编写Linux***作系统下的设备驱动程序

Roy G

二.实例剖析

我们来写一个最简单的字符设备驱动程序.虽然它什么也不做,但是通过它

可以了解Linux的设备驱动程序的工作原理.把下面的C代码输入机器,你就会

获得一个真正的设备驱动程序.不过我的kernel是2.0.34,在低版本的kernel

上可能会出现问题,我还没测试过.//xixi

#define __NO_VERSION__

#include

#include

char kernel_version [] = UTS_RELEASE

这一段定义了一些版本信息,虽然用处不是很大,但也必不可少.Johnsonm说所

有的驱动程序的开头都要包含,但我看倒是未祥让必.

由于用户进程是通过设备文件同硬件打交道,对设备文件的***作方式不外乎就

是一些系统调用,如 open,read,write,close...., 注意,不是fopen, fread.,

但是如何把系统调用和驱动程序关联起来呢?这需要了解一个非常关键的数据

结构:

struct file_operations {

int (*seek) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int)

int (*read) (struct inode * ,struct file *, char ,int)

int (*write) (struct inode * ,struct file *, off_t ,int)

int (*readdir) (struct inode * ,struct file *, struct dirent * ,int)

int (*select) (struct inode * ,struct file *, int ,select_table *)

int (*ioctl) (struct inode * ,struct file *, unsined int ,unsigned long

int (*mmap) (struct inode * ,struct file *, struct vm_area_struct *)

int (*open) (struct inode * ,struct file *)

int (*release) (struct inode * ,struct file *)

int (*fsync) (struct inode * ,struct file *)

int (*fasync) (struct inode * ,struct file *,int)

int (*check_media_change) (struct inode * ,struct file *)

int (*revalidate) (dev_t dev)

}

这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用.用户进程利用系统调用

在对设备文件进行诸如read/write***作时,系统调用通过设备文件的主设备号

找到相应的设备驱动程序,然后读取这个数据结构相应的函数指针,接着把控制

权交给该函数.这是linux的设备驱动程序工作的基本原理.既然是这样,则编写

设备驱动程序的主要工作就是编写子函数,并填充file_operations的各个域.

相当简单,不是吗?

下面就开始写子程序.

#include

#include

#include

#include

#include

unsigned int test_major = 0

static int read_test(struct inode *node,struct file *file,

char *buf,int count)

{

int left

if (verify_area(VERIFY_WRITE,buf,count) == -EFAULT )

return -EFAULT

for(left = count left >0 left--)

{

__put_user(1,buf,1)

buf++

}

return count

}

这个函数是为read调用准备的.当调用read时,read_test()被调用,它把用户的

缓冲区全部写1.

buf 是read调用的一个参数.它是用户进程空间的一个地址.但是在read_test

被调用时,系统进入核心态.所以不能使用buf这个地址,必须用__put_user(),

这是kernel提供的一个函数,用于向用户传送数据.另外还有很多类似功能的

函数.请参考.在向用户空间拷贝数据之前,必须验证buf是否可用.

这就用到函数verify_area.

static int write_tibet(struct inode *inode,struct file *file,

const char *buf,int count)

{

return count

}

static int open_tibet(struct inode *inode,struct file *file )

{

MOD_INC_USE_COUNT

return 0

} static void release_tibet(struct inode *inode,struct file *file )

{

MOD_DEC_USE_COUNT

}

这几个函数都是空***作.实际调用发生时什么也不做,他们仅仅为下面的结构

提供函数指针。

struct file_operations test_fops = {

NULL,

read_test,

write_test,

NULL, /* test_readdir */

NULL,

NULL, /* test_ioctl */

NULL, /* test_mmap */

open_test,

release_test, NULL, /* test_fsync */

NULL, /* test_fasync */

/* nothing more, fill with NULLs */

}

设备驱动程序的主体可以说是写好了。现在要把驱动程序嵌入内核。驱动程序

可以按照两种方式编译。一种是编译进kernel,另一种是编译成模块(modules),

如果编译进内核的话,会增加内核的大小,还要改动内核的源文件,而且不能

动态的卸载,不利于调试,所以推荐使用模块方式。

int init_module(void)

{

int result

result = register_chrdev(0, "test", &test_fops)

if (result <0) {

printk(KERN_INFO "test: can't get major number ")

return result

}

if (test_major == 0) test_major = result/* dynamic */

return 0

}

在用insmod命令将编译好的模块调入内存时,init_module 函数被调用。在

这里,init_module只做了一件事,就是向系统的字符设备表登记了一个字符

设备。register_chrdev需要三个参数,参数一是希望获得的设备号,如果是

零的话,系统将选择一个没有被占用的设备号返回。参数二是设备文件名,

参数三用来登记驱动程序实际执行***作的函数的指针。

如果登记成功,返回设备的主设备号,不成功,返回一个负值。

void cleanup_module(void)

{

unregister_chrdev(test_major, "test")

}

在用rmmod卸载模块时,cleanup_module函数被调用,它释放字符设备test

在系统字符设备表中占有的表项。

一个极其简单的字符设备可以说写好了,文件名就叫test.c吧。

下面编译

$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c

得到文件test.o就是一个设备驱动程序。

如果设备驱动程序有多个文件,把每个文件按上面的命令行编译,然后

ld -r file1.o file2.o -o modulename.

驱动程序已经编译好了,现在把它安装到系统中去。

$ insmod -f test.o

如果安装成功,在/proc/devices文件中就可以看到设备test,

并可以看到它的主设备号,。

要卸载的话,运行

$ rmmod test

下一步要创建设备文件。

mknod /dev/test c major minor

c 是指字符设备,major是主设备号,就是在/proc/devices里看到的。

用shell命令

$ cat /proc/devices | awk "\$2=="test" {print \$1}"

就可以获得主设备号,可以把上面的命令行加入你的shell script中去。

minor是从设备号,设置成0就可以了。

我们现在可以通过设备文件来访问我们的驱动程序。写一个小小的测试程序。

#include

#include

#include

#include

main()

{

int testdev

int i

char buf[10]

testdev = open("/dev/test",O_RDWR)

if ( testdev == -1 )

{

printf("Cann't open file ")

exit(0)

}

read(testdev,buf,10)

for (i = 0i <10i++)

printf("%d ",buf)

close(testdev)

}

编译运行,看看是不是打印出全1 ?

以上只是一个简单的演示。真正实用的驱动程序要复杂的多,要处理如中断,

DMA,I/O port等问题。这些才是真正的难点。请看下节,实际情况的处理。

如何编写Linux***作系统下的设备驱动程序

Roy G

三 设备驱动程序中的一些具体问题。

1. I/O Port.

和硬件打交道离不开I/O Port,老的ISA设备经常是占用实际的I/O端口,

在linux下,***作系统没有对I/O口屏蔽,也就是说,任何驱动程序都可以

对任意的I/O口***作,这样就很容易引起混乱。每个驱动程序应该自己避免

误用端口。

有两个重要的kernel函数可以保证驱动程序做到这一点。

1)check_region(int io_port, int off_set)

这个函数察看系统的I/O表,看是否有别的驱动程序占用某一段I/O口。

参数1:io端口的基地址,

参数2:io端口占用的范围。

返回值:0 没有占用, 非0,已经被占用。

2)request_region(int io_port, int off_set,char *devname)

如果这段I/O端口没有被占用,在我们的驱动程序中就可以使用它。在使用

之前,必须向系统登记,以防止被其他程序占用。登记后,在/proc/ioports

文件中可以看到你登记的io口。

参数1:io端口的基地址。

参数2:io端口占用的范围。

参数3:使用这段io地址的设备名。

在对I/O口登记后,就可以放心地用inb(), outb()之类的函来访问了。

在一些pci设备中,I/O端口被映射到一段内存中去,要访问这些端口就相当

于访问一段内存。经常性的,我们要获得一块内存的物理地址。在dos环境下,

(之所以不说是dos***作系统是因为我认为DOS根本就不是一个***作系统,它实

在是太简单,太不安全了)只要用段:偏移就可以了。在window95中,95ddk

提供了一个vmm 调用 _MapLinearToPhys,用以把线性地址转化为物理地址。但

在Linux中是怎样做的呢?

2 内存***作

在设备驱动程序中动态开辟内存,不是用malloc,而是kmalloc,或者用

get_free_pages直接申请页。释放内存用的是kfree,或free_pages. 请注意,

kmalloc等函数返回的是物理地址!而malloc等返回的是线性地址!关于

kmalloc返回的是物理地址这一点本人有点不太明白:既然从线性地址到物理

地址的转换是由386cpu硬件完成的,那样汇编指令的***作数应该是线性地址,

驱动程序同样也不能直接使用物理地址而是线性地址。但是事实上kmalloc

返回的确实是物理地址,而且也可以直接通过它访问实际的RAM,我想这样可

以由两种解释,一种是在核心态禁止分页,但是这好像不太现实;另一种是

linux的页目录和页表项设计得正好使得物理地址等同于线性地址。我的想法

不知对不对,还请高手指教。

言归正传,要注意kmalloc最大只能开辟128k-16,16个字节是被页描述符

结构占用了。kmalloc用法参见khg.

内存映射的I/O口,寄存器或者是硬件设备的RAM(如显存)一般占用F0000000

以上的地址空间。在驱动程序中不能直接访问,要通过kernel函数vremap获得

重新映射以后的地址。

另外,很多硬件需要一块比较大的连续内存用作DMA传送。这块内存需要一直

驻留在内存,不能被交换到文件中去。但是kmalloc最多只能开辟128k的内存。

这可以通过牺牲一些系统内存的方法来解决。

具体做法是:比如说你的机器由32M的内存,在lilo.conf的启动参数中加上

mem=30M,这样linux就认为你的机器只有30M的内存,剩下的2M内存在vremap

之后就可以为DMA所用了。

请记住,用vremap映射后的内存,不用时应用unremap释放,否则会浪费页表。

3 中断处理

同处理I/O端口一样,要使用一个中断,必须先向系统登记。

int request_irq(unsigned int irq ,

void(*handle)(int,void *,struct pt_regs *),

unsigned int long flags,

const char *device)

irq: 是要申请的中断。

handle:中断处理函数指针。

flags:SA_INTERRUPT 请求一个快速中断,0 正常中断。

device:设备名。

如果登记成功,返回0,这时在/proc/interrupts文件中可以看你请求的

中断。

4一些常见的问题。

对硬件***作,有时时序很重要。但是如果用C语言写一些低级的硬件***作

的话,gcc往往会对你的程序进行优化,这样时序就错掉了。如果用汇编写呢,

gcc同样会对汇编代码进行优化,除非你用volatile关键字修饰。最保险的

办法是禁止优化。这当然只能对一部分你自己编写的代码。如果对所有的代码

都不优化,你会发现驱动程序根本无法装载。这是因为在编译驱动程序时要

用到gcc的一些扩展特性,而这些扩展特性必须在加了优化选项之后才能体现

出来。

关于kernel的调试工具,我现在还没有发现有合适的。有谁知道请告诉我,

不胜感激。我一直都在printk打印调试信息,倒也还凑合。

关于设备驱动程序还有很多内容,如等待/唤醒机制,块设备的编写等。

我还不是很明白,不敢乱说。


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原文地址: http://outofmemory.cn/yw/12516553.html

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