输入输出设备

输入输出设备的分类

可分为块设备和字符设备

• 块设备将信息存储在固定大小的块中，每个块有自己的位置。硬盘就是常见的块设备。

• 字符设备发送或接收的是字节流，不用考虑任何块结构，没有办法寻址。鼠标就是常见的字符设备。

因为块设备存储的数据量比较大，一般会有缓冲区。CPU写入缓冲区的数据攒够一部分才会转发给设备。（CPU不会直接和设备打交道，而是通过中间的设备控制器进行处理，如硬盘有硬盘控制器，USB有USB控制器）

 

CPU如何与控制器进行通信？

• 每个控制器被分配一个I/O端口，可以通过特殊的汇编指令，如in/out操作这些寄存器。

• 数据缓冲区，可内存映射I/O，直接分配一段内存空间给它，就像读写内存一样读写数据缓冲区。如区域ioremap。

设备读取完后如何通知CPU呢

控制器的寄存器一般会有状态标志位，可以通过检测状态标志位，来确定输入或者输出操作是否完成。那么可以通过轮询等待进行判断，也可以通过中断的方式，通知操作系统输入输出操作已经完成。

 

中断的分类

中断有两种，一种是通过代码调用INT产生软中断。一种是硬件中断，通过中断控制器触发的。

除了中断通知CPU的方式，还可以通过DMA的方式读取或写入大量数据。DMA可以在CPU不参与的情况，自动完成对内存的读写。

中断处理流程

• 外部设备给中断控制器发送物理中断信号

• • 中断控制器将物理中断信号转换成为中断向量 interrupt vector，发给各个 CPU

  • • 每个 CPU 都会有一个中断向量表，根据 interrupt vector 调用一个 IRQ 处理函数。注意这里的 IRQ 处理函数还不是咱们上面指定的 irq_handler_t，到这一层还是 CPU 硬件的要求

    • • 在 IRQ 处理函数中，将 interrupt vector 转化为抽象中断层的中断信号 irq，调用中断信号 irq 对应的中断描述结构里面的 irq_handler_t

字符设备总结

 

• 需要设备驱动程序的ko模块，里面有模块初始化函数，中断处理函数，设备操作函数。这里面封装了对于外部设备的操作。

• 在/dev目录下有一个文件表示这个设备，这个文件在特殊的devtmpfs文件系统上，因而也有相应的dentry和inode。这里的inode是一个特殊的inode，里面有设备号。通过该inode可以找到驱动程序。

• 打开字符设备文件和打开普通文件有相似之处。都有文件描述符，struct file，指向字符设备文件的dentry和inode。