Linux设备驱动_概述(1)

Linux设备驱动_概述(1)

华清远见2014-09-16   北京海淀区

任何一个计算机系统的运转都是系统中软硬共同作用的结果，没有硬件的软件是空中楼阁，幽灵一个，而没有软件的硬件则只是一堆废铁，僵尸一具。某种程度上嵌入式工程师是为硬件躯体设备注入软件灵魂而创造鲜活生命的创造者。

硬件是底层基础，是所有软件得以运行的平台，代码最终会落实为硬件上的逻辑组合和时序组合。所有代码都会转换成空间门阵列的逻辑组合和时间上门阵列的时序组合。

软件则实现的具体应用，它按照不同的业务需求而设计，完成了用户的最终诉求。软件是硬件门阵列具体情境下空间逻辑和时间时序的组合和变化。硬件较为固定，软件则灵活。可以实现复杂多变的应用。可以说，计算机系统的软硬件互相成就了对方。

但是，软硬件之间同样存在着悖论，那就是软硬件不应该相互渗透入对方的领地。为尽可能快速地完成设计，应用软件工程师不想也不必关心硬件，而硬件工程师也难有足够的闲暇和能力来顾忌软件。譬如，应用软件工程师在调用套接字发送和接收数据包的时候，不必关心网卡上的寄存器、存储空间、I/O端口、片选以及其他任何硬件层面的操作调度，需要的只是通过机器实现数据的通信这一结果，毕竟类似的我们在使用手机打电话时也不是搞清整个信号编码发送传输解调的整个过程后才使用手机通话的；在使用printf（）函数输出信息的时候，他不用知道显示器控制器的寄存器、数据存储空间、时序关系、行列扫描，或者说是不用推究底层究竟是怎样把相应的信息输出到屏幕或者串口的具体硬件过程，需要的只是出现相应的显示效果。

 也就是说，应用软件工程师需要看到一个没有硬件的纯粹的软件世界，硬件必须透明地呈现给软件工程师。谁来实现硬件对应用软件工程师的隐形？这个光荣而艰巨的任务就落在了驱动工程师的头上。

对设备驱动最通俗的解释就是“驱使硬件设备行动”。驱动与底层硬件打交道，按照硬件设备的具体工作方式，读写设备的寄存器，完成设备的轮询、中断处理、DMA通信，进行物理内存向虚拟内存的映射等，最终让通信设备能收发数据，让显示设备能显示文字和画面，让存储设备能记录文件和数据。

由此可见，设备驱动充当了硬件和应用软件之间的纽带，它使得应用软件只需要调用系统软件的应用编程接口（API）就可以让硬件去完成要求的工作。在系统中没有操作系统的情况下，工程师可以根据硬件设备的特点自行定义接口，如对串口定义SerialSend（）、SerialRecv（），对LED定义LightOn（）、LightOff（），对Flash定义FlashWrite（）、FlashRead（）等。而在有操作系统的情况下，驱动的架构则由相应的操作系统定义，驱动工程师必须按相应的架构设计驱动，这样，驱动才能良好地整合入操作系统的内核。首先设备驱动的硬件操作工作仍是必不可少的，其次，我们还需要将驱动融入内核。为了实现这种融合，必须在所有设备的驱动中设计面向操作系统内核的接口，这样的接口由操作系统规定，对一类设备而言结构一致，独立于具体的设备，应用程序将可使用统一的系统调用接口来访问各种设备。

驱动程序沟通着硬件和应用软件，而驱动工程则沟通着硬件工程师和应用软件工程师。目前，随着通信、电子行业的迅速发展，全世界每天都会有大量的芯片被生产，大量的新电路板被设计，也因此，会有大量的设备驱动需要开发。这些驱动，或运行在简单的单任务环境，或者运行在Vxworks、Linux、Windows、ucosII等多任务操作系统环境，发挥着不可替代的作用。