第五章输入输出系统 5.4 设备驱动程序

一、设备驱动程序概述

1.设备驱动程序功能

①接收由I/O进程发来的命令和参数, 并将命令中的抽象要求（read,write命令）转换为具体要求。

②检查用户I/O请求的合法性,了解I/O设备的状态,传递有关参数,设置设备的工作方式。

③发出I/O命令并检查设备状态。

④及时响应由控制器或通道发来的中断请求并处理。

2.设备驱动程序的特点（与一般应用程序、系统程序的差异）

①驱动程序，是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。

②驱动程序与设备控制器、I/O设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序。如打印机和显示器需要不同的驱动程序。

③驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关，常用中断驱动和DMA方式。

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驱动程序允许可重入，在一次调用完成前可以再一次被调用（可有多个进场同时使用）。

3.设备处理方式（处理设备时是否设置进程，设置什么进程）

①为每一类设备设置一个进程,专门用于执行这类设备的I/O操作

②在整个系统中设置一个I/O进程,专门用于执行系统中所有各类设备的I/O操作

③不设置专门的设备处理进程,而只为各类设备设置相应的设备处理程序(模块),供用户进程或系统进程调用

二、设备驱动程序的处理过程

1.将抽象要求转换为具体要求。命令（抽象的要求）无法传送给设备控制器，驱动程序将其转换为具体要求。

2.检查I/O请求的合法性。，

3.读出和检查设备的状态。启动设备前，驱动程序应先把设备控制器中的状态寄存器的内容读入到CPU，来了解设备的状态。

4.传送必要的参数。确定设备处于就绪状态后，驱动程序向设备控制器的寄存器传送数据（以及控制本次数据传送的参数，如数据量，起始地址）

5.启动I/O设备

（驱动程序发出I/O命令，启动一个I/O操作后，便把控制返回给I/O系统，把自己阻塞，等待下一次中断到来被唤醒。

具体的I/O操作是在设备控制器的控制下进行的，当设备忙于传送数据时，处理可以处理其他任务，实现了处理机与I/O设备的并行操作）

三、对I/O设备的控制方式（I/O系统发完命令后做什么）

1.使用轮询的可编程I/O方式

CPU需花代价不断查询I/O状态，CPU资源浪费极大。

2.使用中断的可编程I/O方式

中断I/O比程序I/O方式高效，但以字/字节为传输单位。每完成一个字/字节的传输，设备均要向CPU请求一次中断。仅当输完一个数据后，CPU才花费极短时间去做中断处理。

3.直接存储器访问——DMA方式

①特点

数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块；

所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；

仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。

②DMA控制器的组成

主机与DMA控制器的接口（含数据寄存器，内存地址寄存器，数据计数器，命令/状态寄存器）；

DMA控制器与块设备的接口；

I/O控制逻辑。

③DMA工作过程（以读磁盘数据为例）

CPU首先向磁盘控制器发送一条读命令：该命令被送到命令寄存器CR中；数据内存起始目标地址被送入MAR中；要读数据的字数送入数据计数器DC中；磁盘中的原地址送入DMA控制器的I/O控制逻辑上。
启动DMA控制器进行数据传送：传送时，DMA控制器读入一个数据到数据寄存器中，然后传到内存中，接着MAR+1,DC-1，判断DC是否为0,如否，继续，反之控制器发中断请求，传送完毕。