嵌入式驱动的概念:设备驱动程序是操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,应用程序可以像操作普通文件一样对硬件设备进行操作。设备驱动程序是内核的一部分,它主要完成的功能有:对设备进行初始化和释放;把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据;读取应用程序传送给设备文件的数据、回送应用程序请求的数据以及检测和处理设备出现的错误。
Linux将设备分为最基本的两大类:一类是字符设备,另一类是块设备。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。字符设备以单个字节为单位进行顺序读写操作,通常不使用缓冲技术;块设备则是以固定大小的数据块进行存储和读写的,如硬盘、软盘等,并利用一块系统内存作为缓冲区。
为提高效率,系统对于块设备的读写提供了缓存机制,由于涉及缓冲区管理、调度和同步等问题,实现起来比字符设备复杂得多。LCD是以字符设备方式加以访问和管理的,Linux把显示驱动看做字符设备,把要显示的数据一字节一字节地送往LCD驱动器。
Linux的设备管理是和文件系统紧密结合的,各种设备都以文件的形式存放在/dev目录下,称为设备文件。应用程序可以打开、关闭和读写这些设备文件,完成对设备的操作,就像操作普通的数据文件一样。为了管理这些设备,系统为设备编了号,每个设备号又分为主设备号和次设备号。主设备号用来区分不同种类的设备,而次设备号用来区分同一类型的多个设备。
对于常用设备,Linux有约定俗成的编号,如硬盘的主设备号是3。Linux为所有的设备文件都提供了统一的操作函数接口,方法是使用数据结构struct file_operations。这个数据结构中包括许多操作函数的指针,如open()、close()、read()和write()等,但由于外设的种类较多,操作方式各不相同。Struct file_operations结构体中的成员为一系列的接口函数,如用于读/写的read/write函数和用于控制的ioctl等。
打开一个文件就是调用这个文件file_operations中的open操作。不同类型的文件有不同的file_operations成员函数,如普通的磁盘数据文件,接口函数完成磁盘数据块读写操作;而对于各种设备文件,则最终调用各自驱动程序中的I/O函数进行具体设备的操作。这样,应用程序根本不必考虑操作的是设备还是普通文件,可一律当作文件处理,具有非常清晰统一的I/O接口。所以file_operations是文件层次的I/O接口。
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