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6.1 I/O体系结构
1. 扩展硬件
总线的作用：
用于连接CPU和外设。
总线分为：
系统总线：
PCI-E，ISA，EISA
内部总线：
SPI，I2C
外部总线：
USB，RS-232，RS-485，SCSI
SCSI：
特点：吞吐非常高。
使用场景：服务器中寻址硬盘。
2. 与外设的交互
1. IO端口：
1. 端口号用于识别设备。
2. 每个端口未使用或分配给一个设备。
3. 多个设备不能共享同一外设。
4. 可将两个连续8位端口合并成一个16位端口。
使用的体系：X86
端口分为：只读端口，只写端口，读写端口。
相应函数：outb，outw，inb
2. IO内存映射：
将IO端口进行内存映射，像操作内存一样读写外设。
使用场景：
显卡，PCI。
相应函数：
ioremap，iounmap。
作用：
将外设的物理地址映射到内核的虚拟地址空间。
轮询polling：
反复向设备查询是否有可用数据。
缺点：浪费CPU。
中断：
多个设备可共享同一中断。
3. 通过总线控制设备
如PCI，USB等
6.2 访问设备
6.2.1 设备文件
设备文件的作用：
建立了与设备驱动程序的连接。
如/dev/ttyS0。
创建设备文件时，创建对应struct inode。
打开设备文件时，创建对应struct file。
6.2.2 字符设备、块设备和其他设备
1. 标识设备文件
#ls -l /dev/ttyS0
crw-rw---- 1 root dialout 4, 64 4月 4 15:18 /dev/ttyS0
#ls -l /dev/sda1
brw-rw---- 1 root disk 8, 1 4月 4 15:18 /dev/sda1
c：表示字符设备。
b：表示块设备。
创建设备文件时需指定主从设备号。
主设备号：用于寻找设备驱动。
从设备号：用于区分该驱动中的不同设备。
2. 动态创建设备文件
设备文件创建方法有：
1. 制作文件系统时生成。（静态）
2. mknod命令创建。
3. udevd守护进程。 （用户层动态创建）
udevd实现原理：
1. 内核通过netlink将设备热插拔消息（包含主从设备号信息）发送到用户空间udevd。
2. udevd监听netlink uevent事件，并创建设备文件。
struct kset { //表示一组具有相似特性kobject集合
struct list_head list;
struct kobject kobj;
struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};
static const struct kset_uevent_ops device_uevent_ops = {
.uevent = dev_uevent,
};
6.2.3 ioctl 寻址设备
ioctl：
配置和修改特定设备的特殊属性。
sysfs文件系统：
层次化表示系统设备。
设置设备的参数。
ioctl系统调用：
sys_ioctl(unsigned int fd, unsigned int cmd, unsigned long arg)
网卡及其他设备
应用层使用socket与网卡通信。
网络相关函数都使用socketcall系统调用与内核通信，从而访问网卡。
哪些设备没有对应设备文件？
网卡。
USB设备。
6.2.4 主从设备号的表示
数据结构：dev_t
共32位，12位主设备号，20从设备号。
API与宏：
MAJOR，MINOR宏：
从dev_t提取主，从设备号。
MKDEV(major, minor)：
根据主从，设备号生成dev_t。
6.2.5 注册
1. 数据结构
字符设备与块设备：都用唯一设备号标识。
struct cdev：
表示一个字符设备。
struct genhd：
表示一个块设备分区。
如何跟踪内核所有cdev和genhd实例？
全局数组：
struct kobj_map *bdev_map;
struct kobj_map *cdev_map;
一个用于管理系统所有设备的散列表。
散列方法：主设备号 % 255
struct kobj_map { //设备数据库
struct probe {
struct probe *next;
dev_t dev; //设备号
unsigned long range; //从设备号范围
struct module *owner;
kobj_probe_t *get; //函数指针，用于返回设备的kobject实例
int (*lock)(dev_t, void *);
void *data;
//字符设备指向struct cdev。
//块设备指向struct genhd。
} *probes[255];
struct mutex *lock;
};
字符设备范围数据库
字符设备专用，用于管理设备号的范围。
同样使用主设备为散列键。
struct char_device_struct {
struct char_device_struct *next;
unsigned int major;
int minorct; //从设备数量
unsigned int baseminor; //包含minorct个从设备号的连续范围中最小值
char name[64];
struct cdev *cdev;
} *chrdevs[255];
2. 注册过程
注册字符设备
步骤1. 分配一个设备号范围。
两种方法：
方法1.
int register_chrdev_region(dev_t from, unsigned count, const char *name)
//指定设备号范围。
使用举例：
register_chrdev_region(MKDEV(TTYAUX_MAJOR, 0), 1, "/dev/tty") < 0)；
方法2.
int alloc_chrdev_region(dev_t *dev, unsigned baseminor, unsigned count, char *name)
//由内核选择合适的设备号范围。
参数：
baseminor：指定最小从设备号。
count：设备号范围的长度。
步骤2. 将设备添加到字符设备数据库。
1. void cdev_init(struct cdev *cdev, const struct file_operations *fops)
//初始化一个struct cdev。
2. int cdev_add(struct cdev *p, dev_t dev, unsigned count)
//加入到设备数据库（即struct kobj_map *cdev_map）
参数：
count：从设备数量。
cdev_add成功返回后，设备进入活动状态。
注册块设备
void add_disk(struct gendisk *disk);
老版本内核也可用：
int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, const struct file_operations *fops)
int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);
标签：struct,int,dev,cdev,6.2,设备,驱动程序 From： https://blog.csdn.net/qingwangheni/article/details/139765487