Jabin_Zhang

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应用程序、库、内核、驱动程序的关系  

  从上到下,一个软件系统可以分为:应用程序、库、操作系统(内核)、驱动程序。开发人员可以专注于自己熟悉的部分,对于相邻层,只需要了解它的接口,无需关注它的实现细节。以点亮LED为例,这4层软件的协作关系如下:

 

  1、应用程序使用库提供的open函数打开代表LED的设备文件。  

  2、库数据open函数传入的参数执行“swi”指令,这条指令会引起CPU异常,进入内核。   

  3、内核的异常处理函数根据这些参数找到相应的驱动程序,返回一个文件句柄给库,进而返回给应用程序。 

  4、应用程序得到文件句柄后,使用库提供的write或ioclt函数发出的控制命令。  

  5、库根据write或ioclt函数传入的参数执行“swi”指令,这条指令会引起异常,进入内核。 

  6、内核的异常处理函数根据这些参数调用驱动程序的相关函数,点亮LED。 

  7、库(比如glibc)给应用程序提供的open、read、write、ioctl、mmap等接口函数被称为系统调用,它们都是设置好相关寄存器后,执行某条指令引发异常进入内核。对于ARM架构的 CPU,这条指令为swi。除系统调用接口外,库还提供其他函数,比如字符串处理函数(strepy、strcmp等)、输入/输出函数(scanf、printf等)、数据库,还有应用程序的启动代码等。 在异常处理函数中,内核会根据传入的参数执行各种操作,比如根据设备文件名找到对应的驱动程序,调用驱动程序的相关函数等。

 

LED驱动的实现原理

  尽管Linux驱动直接与硬件打交道,但并不是Linux驱动直接向硬件中的内存写数据,而是与本机的I/O内存(I/O Memory,位于内核空间)进行交互。所谓I/O内存是通过各种借口(PCI、USB、蓝牙、以太网口等)连接到主机(PC、手机)的硬件(网卡、声卡、摄像头等)

  在主机内存中的映射。 例如,在Ubuntu Linux上运行的驱动只需要访问运行Ubuntu Linux的主机中的I/O内存即可,然后Linux内核会利用I/O内存中的数据硬件交互。

  Linux内核提供了多个与I/O内存交互的函数,如ioread16,ioread32,iowrite16,iowrite32等。Linux内核的内存管理模块负责同步I/O内存与硬件中的数据。原理如图:

 

  每一个连接Linux的硬件在I/O内存中都会有映射首地址。在使用ioread32、iowrite32等函数读写I/O内存是需要指定这些首地址。开发板上的LED也有其映射首地址。

 

posted on 2016-06-05 12:14  Jabin_Zhang  阅读(220)  评论(0编辑  收藏  举报