学习内容

设备驱动模型视频讲解

简介

设备驱动是计算机系统中的重要组成部分，它们允许操作系统与硬件交互。设备驱动模型是一种通用的抽象框架，用于描述操作系统如何管理硬件设备。这里我们将介绍设备驱动模型中的四个关键概念：总线、设备、驱动和类。

总线

在计算机系统中，总线是指多个设备之间传输数据的路径。总线通常由硬件实现，透明地向上层软件提供数据传输服务。在驱动程序中，总线是一个重要的概念，因为它是硬件设备和操作系统之间通信的中介。
在 Linux 系统中，每个总线都对应一个总线类型，比如 PCI 总线、USB 总线等。总线类型有关的信息存储在系统中的总线类型信息结构体中，可以通过/sys/bus目录下的文件和驱动程序中的函数访问。

设备

设备是硬件设备的抽象表示。每个设备都有一个设备名称和一组功能。设备名称是设备驱动程序通过与硬件交互获得的，而设备功能是设备驱动程序需要使用的，是由操作系统指定的。
在 Linux 系统中，每个设备都由一个设备树形结构来描述，设备树中的节点包括设备的名称、类型、物理地址等信息。设备驱动程序可以使用/sys/devices目录下的文件和函数来访问设备树。

驱动

驱动程序是操作系统中连接设备和应用程序的接口。驱动程序必须实现设备与总线之间的交互，并向上层应用程序提供统一的接口。驱动程序也需要实现各种各样的设备特定的功能和命令，以便应用程序可以直接与设备进行交互。
在 Linux 系统中，驱动程序是内核模块，可以通过lsmod命令查看已加载的驱动程序。驱动程序需要实现驱动程序接口，这些接口是标准的Linux系统接口，实现了一组通用的设备驱动程序函数。

类

类是一组相似设备的集合，它们可以由同一种驱动程序来管理。在 Linux 系统中，每个设备都属于一个类。类具有标准属性和方法，可以用来管理同类设备的驱动程序行为。
在 Linux 系统中，类通常对应着一个驱动程序模板，即每个类都有一组设备属性和方法。设备驱动程序可以通过/sys/class目录下的文件和函数来访问类。类提供了一种更高层次的硬件抽象，使驱动程序编写变得更加方便和模块化。

分类

在 Linux 中，设备驱动程序可以使用两种模型之一来表示设备：字符设备模型和块设备模型。这些驱动程序实现了与物理设备通信并处理所有的设备 I/O。

设备驱动模型旨在提供一个通用的设备驱动架构，使开发人员能够编写可重用的设备驱动程序。该模型将不同类型的设备驱动程序分为三类：字符设备驱动程序、块设备驱动程序和网络设备驱动程序。

以下是每个分类的详细信息：

字符设备驱动程序

字符设备驱动程序通过专用的字符设备文件（例如/dev/ttyS0）向用户空间公开一个设备，这些设备用于处理流式数据，例如串行端口、键盘和鼠标等。设备文件将相应的读/写系统调用转换为驱动程序中实现的读/写函数调用，从而实现设备 I/O。字符设备驱动程序通常采用基于中断的 I/O 模型，这意味着当 I/O 操作在设备上完成时，驱动程序会收到中断。

块设备驱动程序

块设备驱动程序通过块设备文件（例如/dev/sdb）向用户空间公开一个设备，这些设备用于处理块数据，例如硬盘上的文件系统。块设备驱动程序的 I/O 模型通常是基于队列的，这意味着当用户空间请求 I/O 操作时，驱动程序会将操作添加到队列中，并在设备就绪时依次扫描队列并完成操作。

网络设备驱动程序

网络设备驱动程序向用户空间公开网络接口，以便在网络上传输数据。这些驱动程序处理包的收发，以及其他与网络通信相关的操作，例如设置网络接口的 IP 地址等。

在 Linux 中，设备驱动程序使用模块添加到内核。设备驱动程序通常由硬件供应商或开发者编写，并由 Linux 社区维护和合并到内核中。