设备驱动程序包括哪些功能函数

A. Linux设备驱动程序与外界的接口函数有哪些

驱动程序工作在内核空间，由内核来调用 比如某硬件的驱动程序中实现了hd_write()函数，则用户在用户空间打开这硬件的设备文件并调用系统调用函数write()时，内核就调用hd_write()函数。

B. 设备驱动程序的功能是什么

“设备驱动程序”，是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，可以说相当于硬件的接口，操作系统只能通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。
正因为这个原因，驱动程序在系统中的所占的地位十分重要，一般当操作系统安装完毕后，首要的便是安装硬件设备的驱动程序。不过，大多数情况下，我们并不需要安装所有硬件设备的驱动程序，例如硬盘、显示器、光驱、键盘、鼠标等就不需要安装驱动程序，而显卡、声卡、扫描仪、摄像头、Modem等就需要安装驱动程序。另外，不同版本的操作系统对硬件设备的支持也是不同的，一般情况下版本越高所支持的硬件设备也越多，例如笔者使用了Windows XP，装好系统后一个驱动程序也不用安装。
设备驱动程序用来将硬件本身的功能告诉操作系统，完成硬件设备电子信号与操作系统及软件的高级编程语言之间的互相翻译。当操作系统需要使用某个硬件时，比如：让声卡播放音乐，它会先发送相应指令到声卡驱动程序，声卡驱动程序接收到后，马上将其翻译成声卡才能听懂的电子信号命令，从而让声卡播放音乐。
所以简单的说驱动程序提供了硬件到操作系统的一个接口以及协调二者之间的关系，而因为驱动程序有如此重要的作用，所以人们都称“驱动程序是硬件的灵魂”、“硬件的主宰”，同时驱动程序也被形象的称为“硬件和系统之间的桥梁”。

C. 设备驱动程序需通过什么函数将内核空间的数据传递至应用程序空间

linux驱动程序一般工作在内核空间，但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析，什么是内核空间，什么是用户空间，以及如何判断他们。

Linux简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址总是一致，因此，Linux的虚拟地址空间也为0~4G.Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)，供内核使用，称为"内核空间".而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF)，供各个进程使用，称为"用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。

Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图)，每个进程有各自的私有用户空间(0~3G)，这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。

内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。

虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说，其地址映射是很简单的线性映射，0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET.

内核空间和用户空间之间如何进行通讯？

内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。

如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动？ 判断的标准是什么？

用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问，如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此，主要的判断依据就是系统调用。

内核空间和用户空间上不同太多了，说不完，比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的，相对独立的，内核态中却不是独立的，所以编程要非常小心。等等。

还有用户态和内核态程序通讯的方法很多，不单单是系统调用，实际上系统调用是个不好的选择，因为需要系统调用号，这个需要统一分配。

可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。

在进行设备驱动程序，内核功能模块等系统级开发时，通常需要在内核和用户程序之间交换信息。Linux提供了多种方法可以用来完成这些任务。本文总结了各种常用的信息交换方法，并用简单的例子演示这些方法各自的特点及用法。其中有大家非常熟悉的方法，也有特殊条件下方可使用的手段。通过对比明确这些方法，可以加深我们对Linux内核的认识，更重要的是，可以让我们更熟练驾御linux内核级的应用开发技术。

内核空间(kernel-space) VS 用户空间(user-space)

作为一个Linux开发者，首先应该清楚内核空间和用户空间的区别。关于这个话题，已经有很多相关资料，我们在这里简单描述如下：

现代的计算机体系结构中存储管理通常都包含保护机制。提供保护的目的，是要避免系统中的一个任务访问属于另外的或属于操作系统的存储区域。如在IntelX86体系中，就提供了特权级这种保护机制，通过特权级别的区别来限制对存储区域的访问。 基于这种构架，Linux操作系统对自身进行了划分：一部分核心软件独立于普通应用程序，运行在较高的特权级别上，（Linux使用Intel体系的特权级3来运行内核。）它们驻留在被保护的内存空间上，拥有访问硬件设备的所有权限，Linux将此称为内核空间。

相对的，其它部分被作为应用程序在用户空间执行。它们只能看到允许它们使用的部分系统资源，并且不能使用某些特定的系统功能，不能直接访问硬件，不能直接访问内核空间，当然还有其他一些具体的使用限制。（Linux使用Intel体系的特权级0来运行用户程序。）

D. Linux有哪三类设备驱动程序并说说这些设备驱动程序的功能

同上，只有两种设备。但其中网卡又是一种特殊的设备，所以划出网络设备虽太它马勉强，也可以说的过去！

E. 在编写设备驱动程序时，如果用到中断，会用到两个函数，分别是什么并解释

标准c语言没有中断调用机制，但是不同编译器都有相应的中断处理方式，可以使用户实现中断功能。
解决方案：
1、采取轮询的方式解决，就是每10毫秒检查一下是否有键盘请求，总的来说，这样基本上可以解决问题，而且简单易行，但每10毫秒都要检查，系统消耗太大。
2、采取中断的方式：
（1）用高级语言调用中断来处理问题。中断是cpu响应一个中断外围设备8259A的一个过程，当键盘敲击，cpu保存断点暂停执行并且跳到相应的中断处理程序继续执行，结束后根据断点再跳回来。通过这种方式可以轻松+愉快地解决这个问题。但是需要用到高级语言调用汇编，根据编译器的不同而有所差别。
（2）自己模拟中断。可以另外建立一个线程专门响应键盘的敲击，如果有敲击则打断主线程。这样做实现起来很复杂，而且涉及到不少复杂的关键技术，比如信号量之类的东西。
3、强大的vc
vc采取了消息映射的机制来处理外部设备的请求，比如时钟中断、键盘中断等等。通过此可以灰常灰常容易的处理外部中断。

F. 简述设备驱动程序的功能

一、什么是驱动程序
驱动程序，英文名为“Device Driver”，全称为“设备驱动程序”， 是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，可以 说相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。 因此，驱动程序被誉为“ 硬件的灵魂”、“硬件的主宰”、和“硬件和系统之间的桥梁”等。
刚安装好的系统操作系统，很可能驱动程序安装得不完整。硬件越新，这种可能性越大。菜菜熊之前看到的“图标很大且颜色难看”就是没有安装好驱动的原因。
二、驱动程序的作用
硬件如果缺少了驱动程序的“驱动”，那么本来性能非常强大的硬件就无法根据软件发出的指令进行工作，硬件就是空有一身本领都无从发挥，毫无用武 之地。这时候，电脑就正如古人所说的“万事俱备，只欠东风”，这“东风”的角色就落在了驱动程序身上。如此看来，驱动程序在电脑使用上还真起着举足轻重的 作用。
从理论上讲，所有的硬件设备都需要安装相应的驱动程序才能正常工作。但像CPU、内存、主板、软驱、键盘、显示器等设备却并不需要安装驱动程序也可以正常工作，而显卡、声卡、网卡等却一定要安装驱动程序，否则便无法正常工作。这是为什么呢？
这主要是由于这些硬件对于一台个人电脑来说是必需的，所以早期的设计人员将这些硬件列为BIOS能直接支持的硬件。换句话说，上述硬件安装后就 可以被BIOS和操作系统直接支持，不再需要安装驱动程序。从这个角度来说，BIOS也是一种驱动程序。但是对于其他的硬件，例如：网卡，声卡，显卡等等 却必须要安装驱动程序，不然这些硬件就无法正常工作。

G. 字符设备驱动程序由哪几部分组成

字符设备驱动程序框架

1、写出open、write函数
2、告诉内核
1）、定义一个struct file_operations结构并填充好

static struct file_operations first_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_mole变量 */
.open = first_drv_open,
.write = first_drv_write,
};
2）、把struct file_operations结构体告诉内核
major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); // 注册, 告诉内核
相关参数：第一个，设备号，0自动分配主设备号，否则为主设备号0－255
第二个：设备名
第二个：struct file_operations结构体

4）、register_chrdev由谁调用（入口函数调用）
static int first_drv_init(void)

5）、入口函数须使用内核宏来修饰
mole_init(first_drv_init);
mole_init会定义一个结构体，这个结构体里面有一个函数指针指向first_drv_init这个函数，当我们加载或安装一个驱动时，内核会自动找到这个结构体，然后调用里面的函数指针，这个函数指针指向first_drv_init这个函数，first_drv_init这个函数就是把struct file_operations结构体告诉内核

6）、有入口函数就有出口函数

mole_exit(first_drv_exit);
最后加上协议
MODULE_LICENSE("GPL");

3、mdev根据系统信息自动创建设备节点：

每次写驱动都要手动创建设备文件过于麻烦，使用设备管理文件系统则方便很多。在2.6的内核以前一直使用的是devfs，但是它存在许多缺陷。它创建了大量的设备文件，其实这些设备更本不存在。而且设备与设备文件的映射具有不确定性，比如U盘即可能对应sda，又可能对应sdb。没有足够的主/辅设备号。2.6之后的内核引入了sysfs文件系统，它挂载在/sys上，配合udev使用，可以很好的完成devfs的功能，并弥补了那些缺点。（这里说一下，当今内核已经使用netlink了）。
udev是用户空间的一个应用程序，在嵌入式中用的是mdev，mdev在busybox中。mdev是udev的精简版。
首先在busybox中添加支持mdev的选项：
Linux System Utilities --->
[*] mdev
[*] Support /etc/mdev.conf
[*] Support subdirs/symlinks
[*] Support regular expressions substitutions when renaming device
[*] Support command execution at device addition/removal
然后修改/etc/init.d/rcS:
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
/sbin/mdev -s
执行mdev -s ：以‘-s’为参数调用位于 /sbin目录写的mdev（其实是个链接，作用是传递参数给/bin目录下的busybox程序并调用它），mdev扫描 /sys/class 和 /sys/block 中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为“dev”的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些信息为这个设备在/dev 下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次 “mdev -s”。
热插拔事件：由于启动时运行了命 令：echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug ，那么当有热插拔事件产生时，内核就会调用位于 /sbin目录的mdev。这时mdev通过环境变量中的 ACTION 和 DEVPATH，来确定此次热插拔事件的动作以及影响了/sys中的那个目录。接着会看看这个目录中是否“dev”的属性文件，如果有就利用这些信息为 这个设备在/dev 下创建设备节点文件
重新打包文件系统，这样/sys目录，/dev目录就有东西了
下面是create_class的原型：

#define class_create(owner, name) /
({ /
static struct lock_class_key __key; /
__class_create(owner, name, &__key); /
})
extern struct class * __must_check __class_create(struct mole *owner,
const char *name,
struct lock_class_key *key);

class_destroy的原型如下：
extern void class_destroy(struct class *cls);
device_create的原型如下：

extern struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent,
dev_t devt, void *drvdata,
const char *fmt, ...)
__attribute__((format(printf, 5, 6)));
device_destroy的原型如下：
extern void device_destroy(struct class *cls, dev_t devt);
具体使用如下，可参考后面的实例：
static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device *firstdrv_class_dev;

firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */

class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
class_destroy(firstdrv_class);

下面再来看一下应用程序如何找到这个结构体的
在应用程序中我们使用open打开一个设备：如：open(/dev/xxx, O_RDWR);
xxx有一个属性，如字符设备为c,后面为读写权限，还有主设备名、次设备名，我们注册时 通过register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops)（有主设备号，设备名，struct file_operations结构体）将first_drv_fops结构体注册到内核数组chrdev中去的，结构体中有open,write函数，那么应用程序如何找到它的，事实上是根据打开的这个文件的属性中的设备类型及主设备号在内核数组chrdev里面找到我们注册的first_drv_fops，
实例代码：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
static struct class *firstdrv_class;
static struct class_device *firstdrv_class_dev;
volatile unsigned long *gpfcon = NULL;
volatile unsigned long *gpfdat = NULL;
static int first_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
//printk("first_drv_open\n");
/* 配置GPF4,5,6为输出 */
*gpfcon &= ~((0x3<<(4*2)) | (0x3<<(5*2)) | (0x3<<(6*2)));
*gpfcon |= ((0x1<<(4*2)) | (0x1<<(5*2)) | (0x1<<(6*2)));
return 0;
}
static ssize_t first_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos)
{
int val;
//printk("first_drv_write\n");
_from_user(&val, buf, count); // _to_user();
if (val == 1)
{
// 点灯
*gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
}
else
{
// 灭灯
*gpfdat |= (1<<4) | (1<<5) | (1<<6);
}

return 0;
}
static struct file_operations first_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_mole变量 */
.open = first_drv_open,
.write = first_drv_write,
};
int major;
static int first_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "first_drv", &first_drv_fops); // 注册, 告诉内核
firstdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
firstdrv_class_dev = class_device_create(firstdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "xyz"); /* /dev/xyz */
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat = gpfcon + 1;
return 0;
}
static void first_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "first_drv"); // 卸载
class_device_unregister(firstdrv_class_dev);
class_destroy(firstdrv_class);
iounmap(gpfcon);
}
mole_init(first_drv_init);
mole_exit(first_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

编译用Makefile文件

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` moles
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` moles clean
rm -rf moles.order
obj-m += first_drv.o

测试程序：

#include
#include
#include
#include
/* firstdrvtest on
* firstdrvtest off
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int val = 1;
fd = open("/dev/xyz", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
}
if (argc != 2)
{
printf("Usage :\n");
printf("%s \n", argv[0]);
return 0;
}
if (strcmp(argv[1], "on") == 0)
{
val = 1;
}
else
{
val = 0;
}

write(fd, &val, 4);
return 0;
}

H. .常见的linux字符设备驱动程序由哪些组成 及其主要函数的作用

关于linux字符设备驱动涉及内容很多哈
具体设计时并不是单纯的字符设备，还得专糅合其他总线啊什么的
主要属的数据结构： cdev , inode, file_operation还有自己定义的描述设备的结构
主要的机制：各种锁，如自旋锁，互斥锁等等
模块初始化
添加设备
激活设备
实现file_operation中需要的几个函数（其中包括对中断的处理）
释放资源
有本书叫 linux设备驱动程序 ，里面有更详细更全面的介绍，可以看看哈

I. 试说明设备驱动程序应具有哪些功能

试说明设备驱动程序应具有哪些功能？
答：设备驱动程序的主要功能包括：
（1）将接收到的抽象要求转为具体要求；
（2）检查用户 I/O 请求合法性，了解 I/O 设备状态，传递有关参数，设置设备工作方式；
（3）发出 I/O 命令，启动分配到的 I/O 设备，完成指定 I/O 操作；
（4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，根据 中断类型调用相应中断处理程序处理；
（5）对于有通道的计算机，驱动程序还应该根 据用户 I/O 请求自动构成通道程序。

J. 试说明设备驱动程序应具有哪些特点

设备驱动程序的特点

(1)驱动程序是与设备无关的软件和设备控制器之间通信和转换的程序。
(2)驱动程序，与设备控制器和I/O设备的硬件特性，紧密相关。
(3)驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关。
(4)由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言编写。
(5)驱动程序应允许可重入，一个正在运行的驱动程序常会在一次调用完成前被再次调用。

作者：杀手的手刹
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来源：简书
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