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探究 linux 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)
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Linux 操作系統(tǒng)的成功離不開豐富的驅(qū)動(dòng)程序的支持，它們?yōu)橛布O(shè)備提供了底層的控制和操作。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)是其中的一類，通常會(huì)加載到內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)對(duì)硬盤等塊設(shè)備進(jìn)行管理。
本文將從以下幾個(gè)方面介紹 Linux 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)：
一、塊設(shè)備的定義和特點(diǎn)
二、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式
三、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的常見(jiàn)操作
四、常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案
一、塊設(shè)備的定義和特點(diǎn)
塊設(shè)備是一種存儲(chǔ)器設(shè)備，使用一個(gè)固定長(zhǎng)度的塊（通常為512字節(jié)）來(lái)讀取和寫入數(shù)據(jù)。塊設(shè)備的特點(diǎn)包括：
1. 數(shù)據(jù)以固定長(zhǎng)度的塊為單位進(jìn)行讀取和寫入，而不是按字節(jié)操作。
2. 支持一些高級(jí)操作，例如磁盤分區(qū)、文件系統(tǒng)和文件。
3. 可以隨機(jī)訪問(wèn)，即可以識(shí)別和操作不同塊的數(shù)據(jù)，而不是按照線性方式讀取。
二、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式
Linux 提供了多種實(shí)現(xiàn)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的方式，如：
1. 虛擬塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)：創(chuàng)建虛擬設(shè)備并向上層內(nèi)核暴露其接口。
2. 硬件塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)：與硬件設(shè)備一起工作的驅(qū)動(dòng)程序。
3. USB 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)：與 USB 存儲(chǔ)器設(shè)備一起工作的驅(qū)動(dòng)程序。
4. SCSI 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)：與 SCSI 硬盤驅(qū)動(dòng)器一起工作的驅(qū)動(dòng)程序。
三、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的常見(jiàn)操作
塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供以下常見(jiàn)操作：
1. 寫：在塊設(shè)備上寫入數(shù)據(jù)。
2. 讀：從塊設(shè)備上讀取數(shù)據(jù)。
3. 文件系統(tǒng)操作：為塊設(shè)備創(chuàng)建文件系統(tǒng)，格式化設(shè)備，配置磁盤分區(qū)等。
4. 磁盤管理：管理硬盤的分區(qū)、格式化等。
5. 分頁(yè)和映射：與虛擬內(nèi)存管理器一起工作，將磁盤塊映射到分頁(yè)上。
6. 塊設(shè)備的電源管理。
四、常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案
塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)常見(jiàn)的問(wèn)題及解決方案如下：
1. 性能問(wèn)題：可能由于設(shè)備緩存、磁盤扇區(qū)大小和文件系統(tǒng)的組織方式等因素，導(dǎo)致性能下降。解決方案可能包括調(diào)整系統(tǒng)的 IO 調(diào)度程序和設(shè)置緩存策略。
2. 安全問(wèn)題：由于塊設(shè)備通常包含重要的數(shù)據(jù)，因此必須實(shí)施必要的安全措施，例如加密、將訪問(wèn)限制為特定用戶或組，并限制對(duì)設(shè)備的物理訪問(wèn)。
3. 塊設(shè)備硬件故障問(wèn)題：由于硬盤容易受到震動(dòng)和磁場(chǎng)等干擾，因此可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞。解決方案包括使用 RD 技術(shù)和定期備份數(shù)據(jù)。
本文主要討論了 Linux 塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)的定義、特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)方式、常見(jiàn)操作，以及其可能遇到的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案。了解塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)和如何編寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)于 Linux 內(nèi)核的開發(fā)和系統(tǒng)管理員都十分重要。
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LINUX設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是怎么樣和硬件通信的?下面將由我?guī)Т蠹襾?lái)解答這個(gè)啟信祥疑問(wèn)吧，希望對(duì)大家有所收獲!
LINUX設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件設(shè)備之間的通信
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是軟件概念和硬件電路之間的一個(gè)抽象層，因此兩方面都要討論。到目前為止，我們已經(jīng)討論詳細(xì)討論了軟件概念上的一些細(xì)節(jié)，現(xiàn)在討論另一方面，介紹驅(qū)動(dòng)程序在Linux上如何在保持可移植性的前提下訪問(wèn)I/O端口和I/O內(nèi)存。
我們?cè)谛枰纠膱?chǎng)合會(huì)使用簡(jiǎn)單的數(shù)字I/O端口來(lái)講解I/O指令，并使用普通的幀緩沖區(qū)顯存來(lái)講解內(nèi)存映射I/O。
I/O端口和I/O內(nèi)存
計(jì)算機(jī)對(duì)每種外設(shè)都是通過(guò)讀寫它的寄存悄搏器進(jìn)行控制的。大部分外設(shè)都有幾個(gè)寄存器，不管是在內(nèi)存地址空間還是在I/O地址空間，這些寄存器的訪問(wèn)地址都是連續(xù)的。
I/O端口就是I/O端口，設(shè)備會(huì)把寄存器映射到I/O端口，不管處理器是否具有獨(dú)立的I/O端口地址空間。即使沒(méi)有在訪問(wèn)外設(shè)時(shí)也要模擬成讀寫I/O端口。
I/O內(nèi)存是設(shè)備把寄存器映射到某個(gè)內(nèi)存地址區(qū)段(如PCI設(shè)備)。這種I/O內(nèi)存通常是首先方案，它不需要特殊的處理器指令，而且CPU核心訪問(wèn)內(nèi)存更有效率。
I/O寄存器和常規(guī)內(nèi)存
盡管硬件寄存器和內(nèi)存非常相似，但程序員在訪問(wèn)I/O寄存器的時(shí)候必須注意避免由于CPU或編譯器不恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化而改變預(yù)期的I/O動(dòng)作。
I/O寄存器和RAM最主要的區(qū)別就是I/O操作具有邊際效應(yīng)，而內(nèi)存操作則沒(méi)有：由坦橘于內(nèi)存沒(méi)有邊際效應(yīng)，所以可以用多種 方法 進(jìn)行優(yōu)化，如使用高速緩存保存數(shù)值、重新排序讀/寫指令等。
編譯器能夠?qū)?shù)值緩存在CPU寄存器中而不寫入內(nèi)存，即使儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，讀寫操作也都能在高速緩存中進(jìn)行而不用訪問(wèn)物理RAM。無(wú)論是在編譯器一級(jí)或是硬件一級(jí)，指令的重新排序都有可能發(fā)生：一個(gè)指令序列如果以不同于程序文本中的次序運(yùn)行常常能執(zhí)行得更快。
在對(duì)常規(guī)內(nèi)存進(jìn)行這些優(yōu)化的時(shí)候，優(yōu)化過(guò)程是透明的，而且效果良好，但是對(duì)I/O操作來(lái)說(shuō)這些優(yōu)化很可能造成致命的錯(cuò)誤，這是因?yàn)槭艿竭呺H效應(yīng)的干擾，而這卻是驅(qū)動(dòng)程序訪問(wèn)I/O寄存器的主要目的。處理器無(wú)法預(yù)料某些 其它 進(jìn)程(在另一個(gè)處理器上運(yùn)行，或在在某個(gè)I/O控制器中發(fā)生的操作)是否會(huì)依賴于內(nèi)存訪問(wèn)的順序。編譯器或CPU可能會(huì)自作聰明地重新排序所要求的操作，結(jié)果會(huì)發(fā)生奇怪的錯(cuò)誤，并且很難調(diào)度。因此，驅(qū)動(dòng)程序必須確保不使用高速緩沖，并且在訪問(wèn)寄存器時(shí)不發(fā)生讀或?qū)懼噶畹闹匦屡判颉?/p>
由硬件自身引起的問(wèn)題很解決：只要把底層硬件配置成(可以是自動(dòng)的或是由Linux初始化代碼完成)在訪問(wèn)I/O區(qū)域(不管是內(nèi)存還是端口)時(shí)禁止硬件緩存即可。
由編譯器優(yōu)化和硬件重新排序引起的問(wèn)題的解決辦法是：對(duì)硬件(或其他處理器)必須以特定順序的操作之間設(shè)置內(nèi)存屏障(memory barrier)。Linux提供了4個(gè)宏來(lái)解決所有可能的排序問(wèn)題：
#include
void barrier(void)
這個(gè)函數(shù)通知編譯器插入一個(gè)內(nèi)存屏障，但對(duì)硬件沒(méi)有影響。編譯后的代碼會(huì)把當(dāng)前CPU寄存器中的所有修改過(guò)的數(shù)值保存到內(nèi)存中，需要這些數(shù)據(jù)的時(shí)候再重新讀出來(lái)。對(duì)barrier的調(diào)用可避免在屏障前后的編譯器優(yōu)化，但硬件完成自己的重新排序。
#include
void rmb(void);
void read_barrier_depends(void);
void wmb(void);
void mb(void);
這些函數(shù)在已編譯的指令流中插入硬件內(nèi)存屏障;具體實(shí)現(xiàn)方法是平臺(tái)相關(guān)的。rmb(讀內(nèi)存屏障)保證了屏障之前的讀操作一定會(huì)在后來(lái)的讀操作之前完成。wmb保證寫操作不會(huì)亂序，mb指令保證了兩者都不會(huì)。這些函數(shù)都是barrier的超集。
void p_rmb(void);
void p_read_barrier_depends(void);
void p_wmb(void);
void p_mb(void);
上述屏障宏版本也插入硬件屏障，但僅僅在內(nèi)核針對(duì)P系統(tǒng)編譯時(shí)有效;在單處理器系統(tǒng)上，它們均會(huì)被擴(kuò)展為上面那些簡(jiǎn)單的屏障調(diào)用。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中使用內(nèi)存屏障的典型形式如下：
writel(dev->registers.addr, io_destination_address);
writel(dev->registers.size, io_size);
writel(dev->registers.operation, DEV_READ);
wmb();
writel(dev->registers.control, DEV_GO);
在這個(gè)例子中，最重要的是要確?？刂颇撤N特定操作的所有設(shè)備寄存器一定要在操作開始之前已被正確設(shè)置。其中的內(nèi)存屏障會(huì)強(qiáng)制寫操作以要求的順序完成。
因?yàn)閮?nèi)存屏障會(huì)影響系統(tǒng)性能，所以應(yīng)該只用于真正需要的地方。不同類型的內(nèi)存屏障對(duì)性能的影響也不盡相同，所以更好盡可能使用更符合需要的特定類型。
值得注意的是，大多數(shù)處理同步的內(nèi)核原語(yǔ)，如自旋鎖和atomic_t操作，也能作為內(nèi)存屏障使用。同時(shí)還需要注意，某些外設(shè)總線(比如PCI總線)存在自身的高速緩存問(wèn)題，我們將在后面的章節(jié)中討論相關(guān)問(wèn)題。
在某些體系架構(gòu)上，允許把賦值語(yǔ)句和內(nèi)存屏障進(jìn)行合并以提高效率。內(nèi)核提供了幾個(gè)執(zhí)行這種合并的宏，在默認(rèn)情況下，這些宏的定義如下：
#define set_mb(var, value) do {var = value; mb();} while 0
#define set_wmb(var, value) do {var = value; wmb();} while 0
#define set_rmb(var, value) do {var = value; rmb();} while 0
在適當(dāng)?shù)牡胤?，中定義的這些宏可以利用體系架構(gòu)特有的指令更快的完成任務(wù)。注意只有小部分體系架構(gòu)定義了set_rmb宏。
使用I/O端口
I/O端口是驅(qū)動(dòng)程序與許多設(shè)備之間的通信方式——至少在部分時(shí)間是這樣。本節(jié)講解了使用I/O端口的不同函數(shù)，另外也涉及到一些可移植性問(wèn)題。
I/O端口分配
下面我們提供了一個(gè)注冊(cè)的接口，它允允許驅(qū)動(dòng)程序聲明自己需要操作的端口：
#include
struct resource *request_region(unsigned long first, unsigned long n, const char *name);
它告訴內(nèi)核，我們要使用起始于first的n個(gè)端口。name是設(shè)備的名稱。如果分配成功返回非NULL，如果失敗返回NULL。
所有分配的端口可從/proc/ioports中找到。如果我們無(wú)法分配到我們要的端口，則可以查看這個(gè)文件哪個(gè)驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)分配了這些端口。
如果不再使用這些端口，則用下面函數(shù)返回這些端口給系統(tǒng)：
void release_region(unsigned long start, unsigned long n);
下面函數(shù)允許驅(qū)動(dòng)程序檢查給定的I/O端口是否可用：
int check_region(unsigned long first, unsigned long n);//不可用返回負(fù)的錯(cuò)誤代碼
我們不贊成用這個(gè)函數(shù)，因?yàn)樗祷爻晒Σ⒉荒艽_保分配能夠成功，因?yàn)闄z查和其后的分配并不是原子操作。我們應(yīng)該始終使用request_region，因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)執(zhí)行了必要的鎖定，以確保分配過(guò)程以安全原子的方式完成。
操作I/O端口
當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序請(qǐng)求了需要使用的I/O端口范圍后，必須讀取和/或?qū)懭脒@些端口。為此，大多數(shù)硬件都會(huì)把8位、16位、32位區(qū)分開來(lái)。它們不能像訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)存那樣混淆使用。
因此，C語(yǔ)言程序必須調(diào)用不同的函數(shù)訪問(wèn)大小不同的端口。那些只支持映射的I/O寄存器的計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)通過(guò)把I/O端口地址重新映射到內(nèi)存地址來(lái)偽裝端口I/O，并且為了易于移植，內(nèi)核對(duì)驅(qū)動(dòng)程序隱藏了這些細(xì)節(jié)。Linux內(nèi)核頭文件中(在與體系架構(gòu)相關(guān)的頭文件中)定義了如下一些訪問(wèn)I/O端口的內(nèi)聯(lián)函數(shù)：
unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);
字節(jié)讀寫端口。
unsigned inw(unsigned port);
void outw(unsigned short word, unsigned port);
訪問(wèn)16位端口
unsigned inl(unsigned port);
void outl(unsigned longword, unsigned port);
訪問(wèn)32位端口
在用戶空間訪問(wèn)I/O端口
上面這些函數(shù)主要是提供給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用的，但它們也可以用戶空間使用，至少在PC類計(jì)算機(jī)上可以使用。GNU的C庫(kù)在中定義了這些函數(shù)。如果要要用戶空間使用inb及相關(guān)函數(shù)，則必須滿足正下面這些條件：
編譯程序時(shí)必須帶有-O選項(xiàng)來(lái)強(qiáng)制內(nèi)聯(lián)函數(shù)的展開。
必須用ioperm(獲取單個(gè)端口的權(quán)限)或iopl(獲取整個(gè)I/O空間)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲取對(duì)端口進(jìn)行I/O操作的權(quán)限。這兩個(gè)函數(shù)都是x86平臺(tái)特有的。
必須以root身份運(yùn)行該程序才能調(diào)用ioperm或iopl?；蛘哌M(jìn)程的祖先進(jìn)程之一已經(jīng)以root身份獲取對(duì)端口的訪問(wèn)。
如果宿主平臺(tái)沒(méi)有以上兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，則用戶空間程序仍然可以使用/dev/port設(shè)備文件訪問(wèn)I/O端口。不過(guò)要注意，該設(shè)備文件的含義與平臺(tái)密切相關(guān)，并且除PC平臺(tái)以處，它幾乎沒(méi)有什么用處。
串操作
以上的I/O操作都是一次傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)，作為補(bǔ)充，有些處理器實(shí)現(xiàn)了一次傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)序列的特殊指令，序列中的數(shù)據(jù)單位可以是字節(jié)、字、雙字。這些指令稱為串操作指令，它們執(zhí)行這些任務(wù)時(shí)比一個(gè)C語(yǔ)言編寫的循環(huán)語(yǔ)句快得多。下面列出的宏實(shí)現(xiàn)了串I/O：
void in(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void out(unsigned port, void *addr, unsigned long count);從內(nèi)存addr開始連續(xù)讀/寫count數(shù)目的字節(jié)。只對(duì)單一端口port讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)
void insw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsw(unsigned port, void *addr, unsigned long count);對(duì)一個(gè)16位端口讀寫16位數(shù)據(jù)
void insl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);
void outsl(unsigned port, void *addr, unsigned long count);對(duì)一個(gè)32位端口讀寫32位數(shù)據(jù)
在使用串I/O操作函數(shù)時(shí)，需要銘記的是：它們直接將字節(jié)流從端口中讀取或?qū)懭?。因此，?dāng)端口和主機(jī)系統(tǒng)具有不同的字節(jié)序時(shí)，將導(dǎo)致不可預(yù)期的結(jié)果。使用inw讀取端口將在必要時(shí)交換字節(jié)，以便確保讀入的值匹配于主機(jī)的字節(jié)序。然而，串函數(shù)不會(huì)完成這種交換。
暫停式I/O
在處理器試圖從總線上快速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，某些平臺(tái)(特別是i386)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)處理器時(shí)鐘比外設(shè)時(shí)鐘(如ISA)快時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，并且在設(shè)備板上特別慢時(shí)表現(xiàn)出來(lái)。為了防止出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的情況，可以使用暫停式的I/O函數(shù)來(lái)取代通常的I/O函數(shù)，這些暫停式的I/O函數(shù)很像前面介紹的那些I/O函數(shù)，不同之處是它們的名字用_p結(jié)尾，如inb_p、outb_p等等。在linux支持的大多數(shù)平臺(tái)上都定義了這些函數(shù)，不過(guò)它們常常擴(kuò)展為非暫停式I/O同樣的代碼，因?yàn)槿绻皇褂眠^(guò)時(shí)的外設(shè)總線就不需要額外的暫停。
平臺(tái)相關(guān)性
I/O指令是與處理器密切相關(guān)的。因?yàn)樗鼈兊墓ぷ魃婕暗教幚砥饕迫胍瞥鰯?shù)據(jù)的細(xì)節(jié)，所以隱藏平臺(tái)間的差異非常困難。因此，大部分與I/O端口相關(guān)的源代碼都與平臺(tái)相關(guān)。
回顧前面函數(shù)列表可以看到有一處不兼容的地方，即數(shù)據(jù)類型。函數(shù)的參數(shù)根據(jù)各平臺(tái)體系架構(gòu)上的不同要相應(yīng)地使用不同的數(shù)據(jù)類型。例如，port參數(shù)在x86平臺(tái)上(處理器只支持64KB的I/O空間)上定義為unsigned short，但在其他平臺(tái)上定義為unsigned long，在這些平臺(tái)上，端口是與內(nèi)存在同一地址空間內(nèi)的一些特定區(qū)域。
感興趣的讀者可以從io.h文件獲得更多信息，除了本章介紹的函數(shù)，一些與體系架構(gòu)相關(guān)的函數(shù)有時(shí)也由該文件定義。
值得注意的是，x86家族之外的處理器都不為端口提供獨(dú)立的地址空間。
I/O操作在各個(gè)平臺(tái)上執(zhí)行的細(xì)節(jié)在對(duì)應(yīng)平臺(tái)的編程手冊(cè)中有詳細(xì)的敘述;也可以從web上下載這些手冊(cè)的PDF文件。
I/O端口示例
演示設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的端口I/O的示例代碼運(yùn)行于通用的數(shù)字I/O端口上，這種端口在大多數(shù)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上都能找到。
數(shù)字I/O端口最常見(jiàn)的一種形式是一個(gè)字節(jié)寬度的I/O區(qū)域，它或者映射到內(nèi)存，或者映射到端口。當(dāng)把數(shù)字寫入到輸出區(qū)域時(shí)，輸出引腳上的電平信號(hào)隨著寫入的各位而發(fā)生相應(yīng)變化。從輸入?yún)^(qū)域讀取到的數(shù)據(jù)則是輸入引腳各位當(dāng)前的邏輯電平值。
這類I/O端口的具體實(shí)現(xiàn)和軟件接口是因系統(tǒng)而異的。大多數(shù)情況下，I/O引腳由兩個(gè)I/O區(qū)域控制的：一個(gè)區(qū)域中可以選擇用于輸入和輸出的引腳，另一個(gè)區(qū)域中可以讀寫實(shí)際的邏輯電平。不過(guò)有時(shí)情況簡(jiǎn)單些，每個(gè)位不是輸入就是輸出(不過(guò)這種情況下就不能稱為“通用I/O”了);在所有個(gè)人計(jì)算機(jī)上都能找到的并口就是這樣的非通用的I/O端口。
并口簡(jiǎn)介
并口的最小配置由3個(gè)8位端口組成。之一個(gè)端口是一個(gè)雙向的數(shù)據(jù)寄存器，它直接連接到物理連接器的2~9號(hào)引腳上。第二個(gè)端口是一個(gè)只讀的狀態(tài)寄存器;當(dāng)并口連接打印機(jī)時(shí)，該寄存器 報(bào)告 打印機(jī)狀態(tài)，如是否是線、缺紙、正忙等等。第三個(gè)端口是一個(gè)只用于輸出的控制寄存器，它的作用之一是控制是否啟用中斷。
如下所示：并口的引腳
示例驅(qū)動(dòng)程序
while(count–) {
outb(*(ptr++), port);
wmb();
}
使用I/O內(nèi)存
除了x86上普遍使的I/O端口之外，和設(shè)備通信的另一種主要機(jī)制是通過(guò)使用映射到內(nèi)存的寄存器或設(shè)備內(nèi)存，這兩種都稱為I/O內(nèi)存，因?yàn)榧拇嫫骱蛢?nèi)存的差別對(duì)軟件是透明的。
I/O內(nèi)存僅僅是類似RAM的一個(gè)區(qū)域，在那里處理器可以通過(guò)總線訪問(wèn)設(shè)備。這種內(nèi)存有很多用途，比如存放視頻數(shù)據(jù)或以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)類似I/O端口的設(shè)備寄存器(也就是說(shuō)，對(duì)它們的讀寫也存在邊際效應(yīng))。
根據(jù)計(jì)算機(jī)平臺(tái)和所使用總線的不同，i/o內(nèi)存可能是，也可能不是通過(guò)頁(yè)表訪問(wèn)的。如果訪問(wèn)是經(jīng)由頁(yè)表進(jìn)行的，內(nèi)核必須首先安排物理地址使其對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可見(jiàn)(這通常意味著在進(jìn)行任何I/O之前必須先調(diào)用ioremap)。如果訪問(wèn)無(wú)需頁(yè)表，那么I/O內(nèi)存區(qū)域就非常類似于I/O端口，可以使用適當(dāng)形式的函數(shù)讀取它們。
不管訪問(wèn)I/O內(nèi)存是否需要調(diào)用ioremap，都不鼓勵(lì)直接使用指向I/O內(nèi)存的指針。相反使用包裝函數(shù)訪問(wèn)I/O內(nèi)存，這一方面在所有平臺(tái)上都是安全的，另一方面，在可以直接對(duì)指針指向的內(nèi)存區(qū)域執(zhí)行操作的時(shí)候，這些函數(shù)是經(jīng)過(guò)優(yōu)化的。并且直接使用指針會(huì)影響程序的可移植性。
I/O內(nèi)存分配和映射
在使用之前，必須首先分配I/O區(qū)域。分配內(nèi)存區(qū)域的接口如下(在中定義)：
struct resource *request_mem_region(unsigned long start, unsigned long len, char *name);
該函數(shù)從start開始分配len字節(jié)長(zhǎng)的內(nèi)存區(qū)域。如果成功返回非NULL，否則返回NULL值。所有的I/O內(nèi)存分配情況可從/proc/iomem得到。
不再使用已分配的內(nèi)存區(qū)域時(shí)，使用如下接口釋放：
void release_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);
下面函數(shù)用來(lái)檢查給定的I/O內(nèi)存區(qū)域是否可用的老函數(shù)：
int check_mem_region(unsigned long start, unsigned long len);//這個(gè)函數(shù)和check_region一樣不安全，應(yīng)避免使用
分配內(nèi)存之后我們還必須確保該I/O內(nèi)存對(duì)內(nèi)存而言是可訪問(wèn)的。獲取I/O內(nèi)存并不意味著可引用對(duì)應(yīng)的指針;在許多系統(tǒng)上，I/O內(nèi)存根本不能通過(guò)這種方式直接訪問(wèn)。因此，我們必須由ioremap函數(shù)建立映射，ioremap專用于為I/O內(nèi)存區(qū)域分配虛擬地址。
我們根據(jù)以下定義來(lái)調(diào)用ioremap函數(shù)：
#include
void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);
void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size);在大多數(shù)計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，該函數(shù)和ioremap相同：當(dāng)所有I/O內(nèi)存已屬于非緩存地址時(shí)，就沒(méi)有必要實(shí)現(xiàn)ioremap的獨(dú)立的，非緩沖版本。
void iounmap(void *addr);
記住，由ioremap返回的地址不應(yīng)該直接引用，而應(yīng)該使用內(nèi)核提供的accessor函數(shù)。
訪問(wèn)I/O內(nèi)存
在某些平臺(tái)上我們可以將ioremap的返回值直接當(dāng)作指針使用。但是，這種使用不具有可移植性，訪問(wèn)I/O內(nèi)存的正確方法是通過(guò)一組專用于些目的的函數(shù)(在中定義)。
從I/O內(nèi)存中讀取，可使用以下函數(shù)之一：
unsigned int ioread8(void *addr);
unsigned int ioread16(void *addr);
unsigned int ioread32(void *addr);
其中，addr是從ioremap獲得的地址(可能包含一個(gè)整數(shù)偏移量);返回值是從給定I/O內(nèi)存讀取到的值。
寫入I/O內(nèi)存的函數(shù)如下：
void iowrite8(u8 value, void *addr);
void iowrite16(u16 value, void *addr);
void iowrite32(u32 value, void *addr);
如果必須在給定的I/O內(nèi)存地址處讀/寫一系列值，則可使用上述函數(shù)的重復(fù)版本：
void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);
void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);
上述函數(shù)從給定的buf向給定的addr讀取或?qū)懭隿ount個(gè)值。count以被寫入數(shù)據(jù)的大小為單位。
上面函數(shù)均在給定的addr處執(zhí)行所有的I/O操作，如果我們要在一塊I/O內(nèi)存上執(zhí)行操作，則可以使用下面的函數(shù)：
void memset_io(void *addr, u8 value, unsigned int count);
void memcpy_fromio(void *dest, void *source, unsigned int count);
void memcpy_toio(void *dest, void *source, unsigned int count);
上述函數(shù)和C函數(shù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)函數(shù)功能一致。
像I/O內(nèi)存一樣使用I/O端口
某些硬件具有一種有趣的特性：某些版本使用I/O端口，而其他版本則使用I/O內(nèi)存。導(dǎo)出給處理器的寄存器在兩種情況下都是一樣的，但訪問(wèn)方法卻不同。為了讓處理這類硬件的驅(qū)動(dòng)程序更加易于編寫，也為了最小化I/O端口和I/O內(nèi)存訪問(wèn)這間的表面區(qū)別，2.6內(nèi)核引入了ioport_map函數(shù)：
void *ioport_map(unsigned long port, unsigned int count);
該函數(shù)重新映射count個(gè)I/O端口，使其看起來(lái)像I/O內(nèi)存。此后，驅(qū)動(dòng)程序可在該函數(shù)返回的地址上使用ioread8及其相關(guān)函數(shù)，這樣就不必理會(huì)I/O端口和I/O內(nèi)存之間的區(qū)別了。
當(dāng)不需要這種映射時(shí)使用下面函數(shù)一撤消：
void ioport_unmap(void *addr);
這些函數(shù)使得I/O端口看起來(lái)像內(nèi)存。但需要注意的是，在重新映射之前，我們必須通過(guò)request_region來(lái)分配這些I/O端口。
為I/O內(nèi)存重用short
前面介紹的short示例模塊訪問(wèn)的是I/O端口，它也可以訪問(wèn)I/O內(nèi)存。為此必須在加載時(shí)通知它使用I/O內(nèi)存，另外還要修改base地址以使其指向I/O區(qū)域。
下例是在MIPS開發(fā)板上點(diǎn)亮調(diào)試用的LED：
mips.root# ./short_load use_mem=1 base = 0xb7ffffc0
mips.root# echo -n 7 > /dev/short0
下面代碼是short寫入內(nèi)存區(qū)域時(shí)使用的循環(huán)：
while(count–) {
iowrite8(*ptr++, address);
wmb();
}
MB地址空間之下的ISA內(nèi)存
最廣為人知的I/O內(nèi)存區(qū)之一就是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的ISA內(nèi)存段。它的內(nèi)存范圍在64KB(0xA0000)到1MB(0x100000)之間，因此它正好出現(xiàn)在常規(guī)系統(tǒng)RAM的中間。這種地址看上去有點(diǎn)奇怪，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)決策是20世紀(jì)80年代早期作出的，在當(dāng)時(shí)看來(lái)沒(méi)有人會(huì)用到640KB以上的內(nèi)存。
怎樣編寫Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序？
Linux是Unix操作系統(tǒng)的一種變種，在Linux下編寫驅(qū)動(dòng)程序的原理和思想完全類似于其他的Unix系統(tǒng)消掘，但它dos或window環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序有很大的區(qū)別。在Linux環(huán)境下設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序，思想簡(jiǎn)潔，操作方便，功能也很強(qiáng)大，但是支持函數(shù)少，只能依賴kernel中的函數(shù)，有些常用的操作要自己來(lái)編寫，而且調(diào)試也不方便。本人這幾周來(lái)為實(shí)驗(yàn)室自行研制的一塊多媒體卡編制了驅(qū)動(dòng)程序，獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，愿與Linux fans共享
一、Linux device driver 的概念系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閼?yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié)，這樣在應(yīng)用程序看來(lái)，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件， 應(yīng)用程序運(yùn)敬可以象操作普通文件一樣對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，它完成以下的功能：
1.對(duì)設(shè)備初始化和釋放。
2.把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)。
3.讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù)。
4.檢測(cè)和處旁橋慎理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。
二、實(shí)例剖析我們來(lái)寫一個(gè)最簡(jiǎn)單的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。雖然它什么也不做，但是通過(guò)它可以了解Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作原理。
google linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序pdf,一堆下載地址。這本書貌似是一個(gè)linux內(nèi)毀前圓核開發(fā)成員寫的。這是linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)者必須看纖塌的書悔輪。
您好，這樣的情況建議您下載最新版本的驅(qū)動(dòng)精靈，或是直接在線升級(jí)一下驅(qū)動(dòng)精靈。希望可以幫到您。
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