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UIO(linux Userspace I/O子系统)用户空间设备驱动I/O技术介绍(由www.169it.com搜集整理) UIO(Userspace I/O)是运行在用户空间的I/O技术。Linux系统中一般的驱动设备都是运行在内核空间,而在用户空间用应用程...

UIO(linux Userspace I/O子系统)用户空间设备驱动I/O技术介绍(由www.169it.com搜集整理)

UIO(Userspace

I/O)是运行在用户空间的I/O技术。Linux系统中一般的驱动设备都是运行在内核空间,而在用户空间用应用程序调用即可,而UIO则是将驱动的很少

一部分运行在内核空间,而在用户空间实现驱动的绝大多数功能!使用UIO可以避免设备的驱动程序需要随着内核的更新而更新的问题.通

过UIO的运行原理图可以看出,用户空间下的驱动程序比运行在内核空间的驱动要多得多,UIO框架下运行在内核空间的驱动程序所做的工作很简单,常做的只

有两个:分配和记录设备需要的资源和注册uio设备和必须在内核空间实现的小部分中断应答函数,经过实践表明后面的工作也是可以省略的!我们认为uio内

核空间的程序所做的越少越好,在用户空间能完成的我们就不需要放在内核空间做(比如说响应中断),这样假如内核有变化,uio框架中的驱动维护也是比较简

单。

Linux UIO 驱动模型(图)

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uio驱动的内核部分,用户空间部分,和uio 框架以及内核内部函数的关系图

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uio驱动重要的数据结构:

struct uio_device {

struct module       *owner;

struct device       *dev; //在__uio_register_device中初始化

int         minor; // 次设备id号,uio_get_minor

atomic_t        event; //中断事件计数

struct fasync_struct    *async_queue;//该设备上的异步等待队列//

// 关于 “异步通知“ //参见LDD3第六章

wait_queue_head_t   wait; //该设备上的等待队列,在注册设备时(__uio_register_device)初始化

int         vma_count;

struct uio_info     *info;// 指向用户注册的uio_info,在__uio_register_device中被赋值的

struct kobject      *map_dir;

struct kobject      *portio_dir;

};

/*

* struct uio_info - UIO device capabilities

* @uio_dev:        the UIO device this info belongs to

* @name:       device name

* @version:        device driver version

* @mem:        list of mappable memory regions, size==0 for end of list

* @port:       list of port regions, size==0 for end of list

* @irq:        interrupt number or UIO_IRQ_CUSTOM

* @irq_flags:      flags for request_irq()

* @priv:       optional private data

* @handler:        the device‘s irq handler

* @mmap:       mmap operation for this uio device

* @open:       open operation for this uio device

* @release:        release operation for this uio device

* @irqcontrol:     disable/enable irqs when 0/1 is written to /dev/uioX

*/

struct uio_info {

struct uio_device   *uio_dev; // 在__uio_register_device中初始化

const char      *name; // 调用__uio_register_device之前必须初始化

const char      *version; //调用__uio_register_device之前必须初始化

struct uio_mem      mem[MAX_UIO_MAPS];

struct uio_port     port[MAX_UIO_PORT_REGIONS];

long            irq; //分配给uio设备的中断号,调用__uio_register_device之前必须初始化

unsigned long       irq_flags;// 调用__uio_register_device之前必须初始化

void            *priv; //

irqreturn_t (*handler)(int irq, struct uio_info *dev_info); //uio_interrupt中调用,用于中断处理

// 调用__uio_register_device之前必须初始化

int (*mmap)(struct uio_info *info, struct vm_area_struct *vma); //在uio_mmap中被调用,

// 执行设备打开特定操作

int (*open)(struct uio_info *info, struct inode *inode);//在uio_open中被调用,执行设备打开特定操作

int (*release)(struct uio_info *info, struct inode *inode);//在uio_device中被调用,执行设备打开特定操作

int (*irqcontrol)(struct uio_info *info, s32 irq_on);//在uio_write方法中被调用,执行用户驱动的

//特定操作。

};

UIO的内核部分和用户空间的工作

内核空间

UIO的少量运行在内核空间的驱动所做的工作有哪些呢?

(1)分配和记录设备需要的资源和注册uio设备

在设备的探测函数中:

- 使能PCI 设备

- 申请资源

- 读取并记录配置信息

- 注册uio设备// uio_register_device()

// uio_8139d_pci_probe & uio_8139d_handler

(2)必须*在内核空间实现的小部分中断应答函数

用户空间的关键操作

1关键操作

2.响应硬件中断

int32_t irq_count;

int fd = open("/dev/uio0", O_RDWR);

/* Map the register regions to proccess‘s virtual memspace */

void * access = mmap(NULL, 4096,

// 寄存器的读写操作,可用过普通内存读写的方式完成

PROT_READ | PROT_WRITE,

MAP_SHARED, fd, 0);// [1]

while (read(fd, &irq_count, 4) == 4) {[2]

printf("Interrupt number %d\n", irq_count);

原文:http://www.cnblogs.com/SZLLQ2000/p/5257475.html

<think>嗯,用户想了解Linux中的UIO(用户空间I/O)的相关信息和用法。我需要先回忆一下UIO的基本概念,然后结合提供的引用内容来组织回答。首先,UIO允许在用户空间编写设备驱动程序,这样有什么好处呢?根据引用[2],UIO驱动在用户空间运行,与内核隔离,即使崩溃也不会影响系统稳定性,这应该是一个重点。 接下来,用户可能需要了解UIO的核心机制。引用[3]提到UIO处理内存映射和中断响应。内核部分处理中断的应答,而大部分工作留在用户空间,比如通过读取/dev/uioX来等待中断。这部分需要详细解释,特别是内存映射和中断处理的流程。 然后,使用方法部分,用户可能想知道如何加载模块、访问设备内存等。引用[1]中的示例提到了加载uio模块、simple.ko,以及用户空间程序访问设备地址的步骤。这部分需要分步骤说明,可能包括模块加载、设备文件检查、用户空间驱动开发的关键点。 还要注意用户可能的深层需求,比如为什么使用UIO而不是传统内核驱动?可能需要对比两者的优缺点,强调UIO在开发和调试上的便利性,以及安全性方面的优势。 另外,用户可能对实际应用场景感兴趣,比如实时数据处理或自定义外设控制,引用中没有直接提到,但可以根据UIO的特点推断出。同时,常见问题如中断处理延迟或内存映射权限问题也需要提及,帮助用户避免踩坑。 需要确保回答结构清晰,分点介绍,并生成相关问题引导进一步学习。最后,检查引用是否正确对应到各个部分,比如UIO框架、内存处理、中断机制等,确保引用标识正确。</think>### Linux UIO介绍及使用方法 #### 一、UIO基本概念 UIO(Userspace I/O)是一种允许在用户空间编写设备驱动程序的框架。与传统内核驱动不同,UIO将大部分逻辑(如数据处理和设备控制)移至用户空间,仅在内核保留少量代码用于中断响应和内存映射[^2]。这种设计使得驱动开发更灵活,且用户空间驱动崩溃不会导致系统崩溃[^2]。 #### 二、UIO核心机制 1. **内存映射** UIO通过`mmap()`系统调用实现设备内存的访问。物理内存、逻辑内存和虚拟内存的映射细节由UIO核心处理,开发者只需通过`/sys/class/uio/uioX/maps/mapX`文件直接读写设备内存[^3]。 例如,用户空间程序可通过以下方式获取设备地址: ```c void *addr = mmap(..., "/dev/uio0"); ``` 2. **中断处理** - 内核部分负责应答和禁用中断,用户空间通过阻塞式`read()`或`select()`监听`/dev/uioX`文件来等待中断[^3]。 - 示例代码片段: ```c int fd = open("/dev/uio0", O_RDONLY); read(fd, &count, sizeof(count)); // 阻塞等待中断 ``` #### 三、UIO使用方法(分步骤说明) 1. **内核模块加载** - 加载UIO核心模块: ```bash # modprobe uio ``` - 加载具体设备的UIO驱动模块(如`simple.ko`): ```bash # insmod simple.ko ``` - 验证设备节点: ```bash # ls /dev/uio0 # 确认设备文件存在 # ls /sys/class/uio/uio0/maps/ # 查看内存映射信息 ``` 2. **用户空间驱动开发** - 通过`sysfs`获取设备信息: ```bash # cat /sys/class/uio/uio0/name # 设备名称 # cat /sys/class/uio/uio0/maps/map0/addr # 物理地址 ``` - 在用户程序中使用`mmap`映射设备内存: ```c int fd = open("/dev/uio0", O_RDWR); void *regs = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); ``` 3. **中断处理实现** - 使用`select()`实现非阻塞中断检测: ```c fd_set fds; FD_ZERO(&fds); FD_SET(fd, &fds); select(fd+1, &fds, NULL, NULL, &timeout); ``` #### 四、应用场景与注意事项 1. **典型场景** - 实时数据采集(如FPGA数据流处理) - 自定义外设控制(无需复杂内核API) - 驱动快速原型开发[^2] 2. **常见问题** - **中断延迟**:用户空间处理可能导致更高延迟,需评估实时性要求[^3] - **内存权限**:需在`insmod`时指定正确的内存区域大小和权限 - **多线程同步**:若多线程访问同一UIO设备,需自行实现同步机制
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