LINUX下的设备驱动程序

三、UNIX系统下的设备驱动程序

3.1、UNIX下设备驱动程序的基本结构

在UNIX系统里，对用户程序而言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节，

对各种不同设备提供了一致的接口，一般来说是把设备映射为一个特殊的设备文

件，用户程序可以象对其它文件一样对此设备文件进行操作。UNIX对硬件设备

支持两个标准接口：块特别设备文件和字符特别设备文件，通过块（字符）特别

设备文件存取的设备称为块（字符）设备或具有块（字符）设备接口。

块设备接口仅支持面向块的I/O操作，所有I/O操作都通过在内核地址空间

中的I/O缓冲区进行，它可以支持几乎任意长度和任意位置上的I/O请求，即提

供随机存取的功能。

字符设备接口支持面向字符的I/O操作，它不经过系统的快速缓存，所以它

们负责管理自己的缓冲区结构。字符设备接口只支持顺序存取的功能，一般不能

进行任意长度的I/O请求，而是限制I/O请求的长度必须是设备要求的基本块长

的倍数。显然，本程序所驱动的串行卡只能提供顺序存取的功能，属于是字符设

备，因此后面的讨论在两种设备有所区别时都只涉及字符型设备接口。

设备由一个主设备号和一个次设备号标识。主设备号唯一标识了设备类型，

即设备驱动程序类型，它是块设备表或字符设备表中设备表项的索引。次设备号

仅由设备驱动程序解释，一般用于识别在若干可能的硬件设备中，I/O请求所涉

及到的那个设备。

设备驱动程序可以分为三个主要组成部分：

(1) 自动配置和初始化子程序，负责检测所要驱动的硬件设备是否存在和是否

能正常工作。如果该设备正常，则对这个设备及其相关的、设备驱动程序

需要的软件状态进行初始化。这部分驱动程序仅在初始化的时候被调用一

次。

(2) 服务于I/O请求的子程序，又称为驱动程序的上半部分。调用这部分是由

于系统调用的结果。这部分程序在执行的时候，系统仍认为是和进行调用

的进程属于同一个进程，只是由用户态变成了核心态，具有进行此系统调

用的用户程序的运行环境，因此可以在其中调用sleep()等与进程运行环

境有关的函数。

(3) 中断服务子程序，又称为驱动程序的下半部分。在UNIX系统中，并不是

直接从中断向量表中调用设备驱动程序的中断服务子程序，而是由UNIX

系统来接收硬件中断，再由系统调用中断服务子程序。中断可以产生在任

何一个进程运行的时候，因此在中断服务程序被调用的时候，不能依赖于

任何进程的状态，也就不能调用任何与进程运行环境有关的函数。因为设

备驱动程序一般支持同一类型的若干设备，所以一般在系统调用中断服务

子程序的时候，都带有一个或多个参数，以唯一标识请求服务的设备。

在系统内部，I/O设备的存取通过一组固定的入口点来进行，这组入口点是

由每个设备的设备驱动程序提供的。一般来说，字符型设备驱动程序能够提供如

下几个入口点：

(1) open入口点。打开设备准备I/O操作。对字符特别设备文件进行打开操

作，都会调用设备的open入口点。open子程序必须对将要进行的I/O