Linux块设备驱动程序的设计思路 (linux块设备驱动程序设计)

随着计算机技术的不断发展，操作系统已成为计算机基础软件的核心。作为计算机操作系统的主流之一，Linux系统在众多程序员和企业中得到了广泛的应用。其中，块设备驱动程序是Linux系统的重要组成部分。本文将探讨。

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一、块设备的概念与特点

在Linux系统中，块设备是指由硬件实现的、大小一般为512字节的连续存储空间，它可以分成一个个连续的块，每个块可以进行读写操作。块设备通常是硬盘、闪存等存储介质。块设备具有高速读写、数据访问方式随机等特点。

二、块设备驱动程序的设计思路

1、DRV – 设备向驱动程序提供的接口函数。

块设备驱动程序的设计之一步是确定设备向驱动程序提供的接口函数。在Linux系统中，块设备驱动程序需要实现以下接口函数：

① read：从块设备读取数据。

② write：向块设备写入数据。

③ ioctl：设备控制。

④ open：打开设备。

⑤ release：关闭设备。

在设备向驱动程序提供的接口函数中，常常需要进行以下操作：

① 数据传输：在读写操作中，需要对设备进行数据读取和传输。

② 数据校验：为了保证数据传输的正确性，需要在传输数据之前进行验证。

③ 数据锁定：有些设备具有多用户共享的特点，需要对数据进行锁定以防止冲突。

2、中断处理程序。

块设备驱动程序需要实现中断处理程序，来处理来自硬件的中断请求。中断处理程序一般包括以下操作：

① 确定中断类型：中断类型分为内部和外部两种，块设备驱动程序需要根据硬件的不同来判断中断类型。

② 确定中断源：在处理中断请求时，需要确定中断源的位置。

③ 处理中断：根据中断类型和中断源，对中断进行有效处理。

3、块设备缓冲机制。

块设备驱动程序需要对设备进行缓冲控制，以提高数据传输的效率。例如，在读取数据时，可以先将数据缓存到内存中，然后再进行处理，以节省读取磁盘的时间。块缓冲机制可以分为三类：

① 硬件块缓冲：硬件可以带有自己的块缓冲，在数据传输中可以直接利用硬件的缓冲机制。

② 逻辑块缓冲：在数据传输中，驱动程序可以设置自己的缓冲，用于处理数据的读取和传输。

③ 文件块缓冲：在文件操作中，可以使用文件缓冲机制，以减少文件传输时的IO操作。

4、数据拷贝与DMA机制。

块设备驱动程序需要进行数据拷贝的设计。在数据传输时，驱动程序需要将数据从块设备中拷贝到内存中，然后再传输到用户空间。这是一个非常消耗CPU资源的操作。为了提高数据传输的效率，可以使用DMA机制来优化数据传输。DMA机制是通过外设直接访问内存，而不需要CPU进行干预，实现数据传输的高效率。

5、块设备驱动程序的特殊功能。

块设备驱动程序在实现数据读写操作之外，还需要实现一些特殊的功能，例如磁盘分区、RD和LVM等。这些特殊功能可以提高数据存储和管理的效率，为用户提供更加便捷的使用体验。

三、

块设备驱动程序是Linux系统的重要组成部分，用于管理和操作硬盘、闪存等存储介质。在设计块设备驱动程序时，需要考虑设备向驱动程序提供的接口函数、中断处理程序、块设备缓冲机制、数据拷贝与DMA机制以及特殊功能等。对于块设备驱动程序的优化，有助于提高Linux系统的运行效率，为用户提供更优质的服务。

相关问题拓展阅读：

• 嵌入式linux驱动要学哪些
• linux 块设备驱动与应用程序间的交互原理

嵌入式linux驱动要学哪些

代表你的基础已经很好了，嵌入式学习相关的基础知识主要是这些：

一是程序设计的基础，例如：基本的编程语言基础，至少对数据类型、程序的结构及流程控制等最基本的内容要相当清楚，所以建议恶补一下C语言，推荐谭浩强的C语言程序设计，好好看一下，呵呵！另外有不少同学都问到数据结构的基础，我一直认为数据结构和算法的学习是帮助形成程序设计逻辑思维的很好训练方式，对于程序员的长期专业素养的提高一定有好处，所以建议即使已经在嵌入式行业中工作之后也应该多补充一些相关的闭如饥知识。许多在学校没有学过数据结构的同学往往认为这部分非常枯燥、难学。而实际上如果你能明白研究计算机存储和数据组织方式的意义，就一定能够充分体会到数据结构的价值和魅力。一旦兴趣有了，一切就会迎刃而解，呵呵！

二是操作系统工作原理，这部分往往是非计算机专业的同学在学校时没有接触过的。而由于嵌入式软件设计相关的多任务环境、模块间的同步与通信协同、驱动设计等往往都需要有对操作系统工作机制的了解和掌握作为基础，因此建议没有系统学习过的同学，找一本相关的操作系统工作原理书籍认真看一下（不用特厚、特专业、特内核的，先以普及知识为主，呵呵！）。

三是基本的硬件基础，由于嵌入式Linux开发往往是ARMLinux路线，所以为了能够在后续学习过程中很好地掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理（例如：ARM9），就需要对硬件工作原理有初步的了解和掌握，建议看一下诸如计算机组成原理、体系结构等相关的专业书籍。

要深入学习你可以尝试以下路线：

（1） C语言是所有编程语言中的强者，单片机、DSP、类似ARM的种种芯片的编程都可以用C语言搞定），因此必须非常熟练的掌握。

推荐书籍：《The C Programming Language》 这本经典的教材是老外写的，也有中译版本。

（2） 操作系统原理，是必需的，如果你是计算机专业毕业那也就无所谓了，如果是非计算机专业的就必须找一本比较浅显的计算机原理书籍看一看，把啥叫“进程”“线程”“系统调度”等等基本问题搞清楚。

（3）Linux操作系统就是用C语言编写的，所以你也应该先学习下Linux方面的编程，只有你会应用了，才能近一步去了解其内核的精髓。

推荐书籍：《UNIX环境高级编程》（第2版）

（4） 了解ARM的架构，原理，以及其汇编指令，我们在嵌入式开发中，一般很少去写汇编，但是最起码的要求橡弊是能够看懂arm汇编。

（5） 系统移植的时候，就需要你从最下层的bootloader开始，然后内核移植，文件系统移植等。而移植这部分对硬件的轿返依赖是非常大的，其配置步骤也相对复杂，也没有太多详细资料。

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linux驱动程序设计既是个极富有挑战性的领域，又是一个博大精深的内容。

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linux 块设备驱动与应用程序间的交互原理

驱动是以模块化加载到操作系统中，首先init（）函数启动模块，就是到相应的硬冲顷物件驱动抽象接口注册，并进行一系列乎升的抽象类的交互，如果是总线，则要向更高级的总线挂载，如PCI，没有2.4内核时代那么简单了哦，之后就是probe()，这个过程散液是在你要使用的时候启动的，是驱动程序和驱动设备互相绑定的一个过程，也就是特定的设备都会有相应的驱动来绑定，之后就是什么read,write,ioctl等一系列的操作，这些都是具体的硬件操作，但是必须给操作系统提供统一接口就是那些read,write。。来进行硬件封装。

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