设备驱动程序基本结构

设备驱动程序简介1.设备驱动程序的作⽤从⼀个⾓度看，设备驱动程序的作⽤在于提供机制，⽽不是策略。

在编写驱动程序时，程序猿应该特别注意以下这个基本概念：编写訪问硬件的内核代码时，不要给⽤户强加不论什么特定策略。

由于不同的⽤户有不同的需求，驱动程序应该处理如何使硬件可⽤的问题。

⽽将如何使⽤硬件的问题留给上层应⽤程序。

从还有⼀个⾓度来看驱动程序。

它还能够看作是应⽤程序和实际设备之间的⼀个软件层。

总的来说，驱动程序设计主要还是综合考虑以下三个⽅⾯的因素：提供给⽤户尽量多的选项、编写驱动程序要占⽤的时间以及尽量保持程序简单⽽不⾄于错误丛⽣。

2.内核功能划分Unix系统⽀持多进程并发执⾏。

每⼀个进程都请求系统资源。

内核负责处理全部这些请求，依据内核完毕任务的不同，可将内核功能分为例如以下⼏部分：1.进程管理：负责创建和销魂进程。

并处理它们和外部世界之间的连接。

内核进程管理活动就是在单个或多个CPU上实现了多个进程的抽象。

2.内存管理：内存是计算机的主要资源之中的⼀个，⽤来管理内存的策略是决定系统系能的⼀个关键因素。

3.⽂件系统：内核在没有结构的硬件上构造结构化的⽂件系统。

⽽⽂件抽象在整个系统中⼴泛使⽤。

4.设备控制：差点⼉每个系统操作终于都会映射到物理设备上。

5.⽹络功能：⽹络功能也必须由操作系统来管理，系统负责在应⽤程序和⽹络接⼝之间传递数据包，并依据⽹络活动控制程序的运⾏。

全部的路由和地址解析问题都由内核处理。

可装载模块：Linux有⼀个⾮常好的特性：内核提供的特性可在执⾏时进⾏扩展。

可在执⾏时加⼊到内核的代码被称为“模块”。

Linux内核⽀持⼏种模块类型。

包含但不限于设备驱动程序。

每⼀个模块由⽬标代码组成，能够使⽤insmod程序将模块连接到正在执⾏的内核，也能够使⽤rmmod程序移除连接。

3.设备和模块的分类Linux系统将设备分成三个基本类型：字符设备、块设备、⽹络接⼝。

1.字符设备：字符设备驱动程序通常⾄少要实现open、close、read和write系统调⽤。

C语言设备驱动编程入门C语言设备驱动编程是一项常见的技术，用于编写操作系统的设备驱动程序。

设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的桥梁，它负责将用户操作转化为硬件设备能够理解和执行的指令。

本文将介绍C语言设备驱动编程的基本概念和入门知识，帮助读者了解并入门这一重要的编程技术。

一、设备驱动程序概述设备驱动程序是操作系统的一部分，它与操作系统内核紧密结合，用于实现对硬件设备的控制和管理。

设备驱动程序通常由硬件设备制造商提供，或者由操作系统开发者开发。

它负责处理硬件设备与操作系统之间的通信，使得用户能够方便地操作硬件设备。

设备驱动程序可以分为字符设备驱动和块设备驱动两种类型。

字符设备驱动用于处理流式数据的设备，如键盘、鼠标等；块设备驱动用于处理以块为单位的数据的设备，如硬盘、U盘等。

不同类型的设备驱动程序在实现上有所不同，但都需要用C语言编写。

二、设备驱动程序的基本结构设备驱动程序的基本结构包括设备初始化、设备打开、设备关闭和设备读写等函数。

下面我们逐步介绍这些函数的作用和实现方法。

1. 设备初始化函数设备初始化函数负责对设备进行初始化，包括设备的寄存器配置、中断设置等。

在这个函数中，我们需要了解硬件设备的相关规格和特性，并根据需要进行适当的配置。

2. 设备打开函数设备打开函数在设备被用户程序打开时被调用，它负责向操作系统申请资源，并进行相应的设置，例如打开文件、分配内存等。

3. 设备关闭函数设备关闭函数在设备被用户程序关闭时被调用，它负责释放设备所占用的资源，如释放文件占用的内存、关闭文件等。

4. 设备读写函数设备读写函数是设备驱动程序的核心部分，它负责设备与用户程序之间的数据交换。

设备读函数用于从设备中读取数据，设备写函数用于向设备中写入数据。

三、设备驱动程序的编写步骤编写设备驱动程序需要经过以下几个步骤：1. 了解硬件设备在编写设备驱动程序之前，我们需要详细了解硬件设备的规格和特性，包括硬件寄存器的地址、中断向量等。

Linux设备驱动程序原理及框架-内核模块入门篇内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块内核模块介绍Linux采用的是整体式的内核结构，这种结构采用的是整体式的内核结构，采用的是整体式的内核结构的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，的内核一般不能动态的增加新的功能。

为此，Linux提供了一种全新的机制，叫(可安装) 提供了一种全新的机制，可安装) 提供了一种全新的机制模块” )。

利用这个机制“模块”(module)。

利用这个机制，可以)。

利用这个机制，根据需要，根据需要，在不必对内核重新编译链接的条件将可安装模块动态的插入运行中的内核，下，将可安装模块动态的插入运行中的内核，成为内核的一个有机组成部分；成为内核的一个有机组成部分；或者从内核移走已经安装的模块。

正是这种机制，走已经安装的模块。

正是这种机制，使得内核的内存映像保持最小，的内存映像保持最小，但却具有很大的灵活性和可扩充性。

和可扩充性。

内核模块内核模块介绍可安装模块是可以在系统运行时动态地安装和卸载的内核软件。

严格来说，卸载的内核软件。

严格来说，这种软件的作用并不限于设备驱动，并不限于设备驱动，例如有些文件系统就是以可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，可安装模块的形式实现的。

但是，另一方面，它主要用来实现设备驱动程序或者与设备驱动密切相关的部分(如文件系统等)。

密切相关的部分(如文件系统等)。

课程内容内核模块介绍应用层加载模块操作过程内核如何支持可安装模块内核提供的接口及作用模块实例内核模块应用层加载模块操作过程内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，内核引导的过程中，会识别出所有已经安装的硬件设备，并且创建好该系统中的硬件设备的列表树：文件系统。

且创建好该系统中的硬件设备的列表树：/sys 文件系统。

(udev 服务就是通过读取该文件系统内容来创建必要的设备文件的。

)。

⼀、如何编写LinuxPCI驱动程序PCI的世界是⼴阔的，充满了(⼤部分令⼈不快的)惊喜。

由于每个CPU体系结构实现不同的芯⽚集，并且PCI设备有不同的需求(“特性”)，因此Linux内核中的PCI⽀持并不像⼈们希望的那么简单。

这篇简短的⽂章介绍⽤于PCI设备驱动程序的Linux APIs。

1.1 PCI驱动程序结构PCI驱动程序通过pci_register_driver()在系统中"发现"PCI设备。

事实上，恰恰相反。

当PCI通⽤代码发现⼀个新设备时，具有匹配“描述”的驱动程序将被通知。

详情如下。

pci_register_driver()将设备的⼤部分探测留给PCI层，并⽀持在线插⼊/删除设备[因此在单个驱动程序中⽀持热插拔PCI、CardBus和Express-Card]。

pci_register_driver()调⽤需要传⼊⼀个函数指针表，从⽽指⽰驱动程序的更⾼⼀级结构体。

⼀旦驱动程序知道了⼀个PCI设备并获得了所有权，驱动程序通常需要执⾏以下初始化:启⽤设备请求MMIO / IOP资源设置DMA掩码⼤⼩(⽤于⼀致性DMA和流式DMA)分配和初始化共享控制数据(pci_allocate_coherent())访问设备配置空间(如果需要)注册IRQ处理程序(request_irq())初始化non-PCI(即LAN/SCSI/等芯⽚部分)启⽤DMA /处理引擎当使⽤设备完成时，可能需要卸载模块，驱动程序需要采取以下步骤:禁⽌设备产⽣irq释放IRQ (free_irq())停⽌所有DMA活动释放DMA缓冲区(包括流式DMA和⼀致性DMA)从其他⼦系统注销(例如scsi或netdev)释放MMIO / IOP资源禁⽤该设备下⾯⼏节将介绍这些主题中的⼤部分。

其余部分请查看LDD3或<linux/pci.h>。

如果PCI⼦系统没有配置(没有设置CONFIG_PCI)，下⾯描述的⼤多数PCI函数都被定义为内联函数，要么完全空，要么只是返回⼀个适当的错误代码，以避免在驱动程序中出现⼤量ifdefs。

设备驱动程序特点数据结构在计算机系统中，设备驱动程序是连接硬件设备和操作系统的桥梁。

它负责管理和控制硬件设备的运作，使得操作系统能够与各种不同类型的设备进行有效的通信和交互。

要深入理解设备驱动程序，就需要了解其特点以及所涉及的数据结构。

设备驱动程序具有以下几个显著的特点：首先，设备驱动程序具有高度的硬件相关性。

不同的硬件设备有着独特的特性、寄存器配置和操作方式。

因此，每一种设备都需要专门的驱动程序来适配其特定的硬件细节。

这意味着驱动程序开发者必须对硬件的工作原理有深入的了解，才能编写出正确且高效的驱动代码。

其次，设备驱动程序是内核模式的一部分。

这意味着它在操作系统的核心权限级别上运行，具有直接访问硬件资源和系统核心数据结构的能力。

这种高权限的运行环境要求驱动程序必须高度可靠和稳定，因为任何错误都可能导致系统崩溃或出现严重的性能问题。

再者，设备驱动程序具有异步性。

硬件设备的操作往往不是立即完成的，可能需要一定的时间来处理请求。

例如，磁盘读写操作可能需要等待磁盘的机械运动完成。

因此，驱动程序需要能够处理异步的操作结果，并在适当的时候通知操作系统或应用程序。

然后，设备驱动程序还需要处理中断。

当硬件设备完成某个操作或者发生异常情况时，会通过中断向操作系统发送信号。

驱动程序需要及时响应这些中断，并进行相应的处理。

了解了设备驱动程序的特点后，我们再来看看其中涉及的数据结构。

设备对象是设备驱动程序中非常重要的一个数据结构。

它代表了一个具体的硬件设备，并包含了设备的各种属性和状态信息。

操作系统通过设备对象来对设备进行管理和操作。

还有请求队列，用于存储来自操作系统或应用程序的设备操作请求。

驱动程序按照一定的顺序从请求队列中取出请求，并进行处理。

缓冲区也是常见的数据结构之一。

在数据传输过程中，为了提高效率和减少数据丢失，会使用缓冲区来临时存储数据。

另外，中断对象用于处理硬件设备产生的中断。

它包含了中断处理函数的指针和相关的中断配置信息。

目录一、驱动开发环境的搭建 (1)1.1 关于DDK (1)1.2 关于驱动程序的编译 (1)1.3关于驱动程序的运行 (2)二、驱动程序的结构 (3)2.1 驱动程序的头文件 (3)2.2 驱动程序的入口点 (3)2.3 创建设备例程 (4)2.4 卸载驱动例程 (5)2.5 派遣例程 (6)三、编写驱动程序的基础知识 (6)3.1 内核模式下的字符串操作 (6)3.2 内核模式下各种开头函数的区别 (8)3.3 一个示例程序 (10)3.4 补充说明 (10)四、在驱动中使用链表 (10)4.1 内存的分配与释放 (10)4.2 使用LIST_ENTRY (12)4.3 使用自旋锁 (12)五、在驱动中读写文件 (15)5.1 使用OBJECT_ATTRIBUTES (15)5.2 创建、打开文件 (16)5.3 读写文件操作 (16)5.4 文件的其它相关操作 (18)六、在驱动中操作注册表 (18)6.1 创建、打开注册表 (19)6.2 读写注册表 (20)6.3 枚举注册表 (21)七、在驱动中获取系统时间 (21)7.1 获取启动毫秒数 (21)7.2 获取系统时间 (22)八、在驱动中创建内核线程 (23)8.1 创建内核线程 (23)8.2 关于线程同步 (24)九、初探IRP (25)9.1 IRP的概念 (25)9.2 IRP的处理 (26)9.3 IRP派遣例程示例 (27)十、驱动程序与应用层的通信 (29)10.1 使用WriteFile通信 (29)10.2 使用DeviceIoControl进行通信 (32)十二、驱动程序开发实例 (33)12.1 NT驱动程序 (33)12.2 WDM驱动程序 (35)十三、参考资料 (41)一、驱动开发环境的搭建1.1 关于DDK开发驱动程序必备的一个东西就是DDK（Device Development Kit，设备驱动开发包），它跟我们在ring3常听到的SDK差不多，只不过它们分别支持开发不同的程序而已。

platform driver使用方法一、Platform Driver的基本概念Platform Driver是Linux内核中的一种设备驱动程序，用于管理特定硬件平台上的设备。

它通过与设备的Platform Device进行匹配，并提供设备的初始化、注册和卸载等功能。

Platform Driver通常由两部分组成：Platform Driver的结构体和Platform Driver的注册函数。

1. Platform Driver的结构体Platform Driver的结构体是一个包含了与设备驱动相关信息的数据结构，它通常包含了设备的名称、设备的ID、设备的资源信息等。

在编写Platform Driver时，需要定义一个Platform Driver的结构体，并在其中填写相关信息。

2. Platform Driver的注册函数Platform Driver的注册函数用于将Platform Driver的结构体与对应的硬件设备进行匹配，并注册到Linux内核中。

在注册函数中，需要填写Platform Driver的结构体，并调用相应的函数进行注册。

二、Platform Driver的使用步骤使用Platform Driver的步骤一般包括以下几个步骤：1. 定义Platform Driver的结构体需要定义一个Platform Driver的结构体，并填写相关信息。

在结构体中，需要包含设备的名称、设备的ID、设备的资源信息等。

2. 实现Platform Driver的初始化函数在定义了Platform Driver的结构体后，需要实现Platform Driver 的初始化函数。

在初始化函数中，可以进行设备的初始化操作，如初始化设备的寄存器、分配设备的内存等。

3. 实现Platform Driver的probe函数Platform Driver的probe函数用于设备的注册和初始化。

在probe函数中，需要填写设备的相关信息，并调用相应的函数进行设备的注册和初始化。

设备驱动程序与设备密切相关的代码放在设备驱动程序中，每个设备驱动程序处理一种设备类型，例如，即使系统支持若干不同商标的终端，只要其差别不大，就可以设计一个终端驱动程序。

但是，若系统支持的终端性能差别很大，如不灵活的硬拷贝终端与带有小鼠标的智能位映象图形终端，则必须设计不同的终端驱动程序。

上一节我们介绍了设备控制器做的工作，知道每一个控制器都设有一个或多个设备寄存器，用来存放向设备发送的命令和参数。

设备驱动程序负责泄放这些命令，并监督它们正确执行。

因此，磁盘驱动程序是操作系统中唯一知道磁盘控制器设置有多少寄存器以及这些寄存器作用的。

只有它才了解磁盘拥有的扇区数、磁道数、柱面数、磁头数、臂的移动、磁盘交叉访问系数、马达驱动器，磁头稳定时间和其它所有保证磁盘正常工作的机制。

一般，设备驱动程序的任务是接收来自与设备无关的上层软件的抽象请求，并执行这个请求。

一个典型的请求是“读第几块”。

如果请求到来时，驱动程序的进程空闲，它立即开始执行这个请求；若驱动程序的进程正在执行一个请求，这时它将新到来的请求排到一个等待处理的I／O请求队列中，待正执行的请求完成后，再依次从I／O请求队列中取出一个个I ／O请求，逐个处理。

以磁盘为例，实际实现一个I／O请求的第一步是将这个抽象请求（READ（文件名，记录号））转换成磁盘的具体参数。

对于磁盘驱动程序来说，就是计算请求块实际在磁盘的位置，检查驱动器的马达是否正在运转，确定磁头是否定位在正确的柱面上等等。

总之，它必面决定需要控制器的哪些操作，以及按照什么样的次序实现。

一旦明确应向控制器发送哪些命令，它就向控制器一次只能接收一条命令（如DMA方式下），有一些控制器则接收一个命令链表（通道方式下），然后自行控制执行，不再求助于操作系统。

在设备驱动程序的进程泄放一条或多条命令后，系统有两种处理方式，多数情况下，执行设备驱动程序的进程必须等待命令完成。

这样，在命令开始执行后，它阻塞自已，直到中断处理时将它解除阻塞为止。