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嵌入式八股,Linux驱动三大基础类

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:

  1. 字符设备驱动(Character Device Drivers)

  2. 块设备驱动(Block Device Drivers)

  3. 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
  • 字节流访问:数据以字节流的形式读写,通常支持随机访问。

  • 文件操作接口:字符设备通过文件系统接口(如openreadwriteclose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
  • file_operations结构体:定义了字符设备支持的文件操作函数,如openreadwriteioctl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_chrdevregister_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
  • 块访问:数据以块为单位读写,通常不支持随机访问。

  • 缓冲机制:内核提供缓冲区管理,优化数据传输。

  • 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
  • block_device_operations结构体:定义了块设备支持的操作,如openreleaseioctl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
  • 数据包传输:以数据包为单位发送和接收数据。

  • 网络协议栈:与内核的网络协议栈(TCP/IP等)紧密集成。

  • 中断驱动:通常通过中断处理接收和发送数据。

内核接口
  • 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。

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