在Linux内核开发中,驱动程序的设计和实现通常基于三大基础类(或框架),分别是:
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字符设备驱动(Character Device Drivers)
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块设备驱动(Block Device Drivers)
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网络设备驱动(Network Device Drivers)
1. 字符设备驱动(Character Device Drivers)
字符设备驱动用于管理那些以字节流方式访问的设备,例如串口、键盘、鼠标、蜂鸣器、某些传感器等。这些设备通常支持字节级别的读写操作。
特点
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字节流访问:数据以字节流的形式读写,通常支持随机访问。
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文件操作接口:字符设备通过文件系统接口(如
open
、read
、write
、close
等)与用户空间交互。 -
设备文件:在
/dev
目录下以设备文件的形式存在(如/dev/ttyS0
、/dev/usbmouse
等)。
内核接口
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file_operations
结构体:定义了字符设备支持的文件操作函数,如open
、read
、write
、ioctl
等。 -
cdev
结构体:表示字符设备,用于在内核中注册设备。 -
设备注册:通过
register_chrdev
或register_chrdev_region
函数注册字符设备。
2. 块设备驱动(Block Device Drivers)
块设备驱动用于管理那些以块(通常是512字节或更大)为单位进行数据传输的设备,例如硬盘、SSD、USB存储等。这些设备通常用于存储文件系统。
特点
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块访问:数据以块为单位读写,通常不支持随机访问。
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缓冲机制:内核提供缓冲区管理,优化数据传输。
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请求队列:块设备驱动通过请求队列(
request_queue
)处理I/O请求。
内核接口
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block_device_operations
结构体:定义了块设备支持的操作,如open
、release
、ioctl
等。 -
请求队列:通过
blk_init_queue
初始化请求队列,处理I/O请求。 -
设备注册:通过
register_blkdev
注册块设备。
3. 网络设备驱动(Network Device Drivers)
网络设备驱动用于管理网络接口,如以太网卡、Wi-Fi模块等。这些驱动负责发送和接收网络数据包。
特点
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数据包传输:以数据包为单位发送和接收数据。
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网络协议栈:与内核的网络协议栈(TCP/IP等)紧密集成。
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中断驱动:通常通过中断处理接收和发送数据。
内核接口
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net_device
结构体:表示网络设备,包含设备状态、操作函数等。 -
设备注册:通过
register_netdev
注册网络设备。 -
发送和接收函数:实现
hard_start_xmit
(发送数据)和poll
(接收数据)等函数。