Linux 驅動程式的 I/O, #1: 基本概念

jollen 發表於 December 12, 2006 12:02 PM

由本篇日記開始，我們將進行「Linux Device Driver 入門：I/O 處理」的議題討論。這裡所提的 I/O 處理定義是：user process 與 physical device 的 I/O 存取。

在讀「Linux Device Driver 入門：I/O 處理」專欄前，您必須熟悉 Linux 驅動程式的架構，因此「Linux Device Driver 入門：架構層」的專欄是 Jollen's Linux Device Driver 系列專欄的先備知識；此外，接下來的專欄使用的語法也必須對架構層有基本認識後才能看得懂。

Linux 驅動程式 I/O 機制

Linux device driver 處理 I/O 的「基本款」是：

fops->ioctl
fops->read
fops->write

另外「典藏款」則是 mmap，未來在「Linux Device Driver 進階」專欄裡再來討論這個主題。

fops->ioctl

ioctl 代表 input/output control 的意思，故名思義，ioctl system call 是用來控制 I/O 讀寫用的，並且是支援 user application 存取裝置的重要 system call。因此，在Linux驅動程式設計上，我們會實作ioctl system call以提供user application讀寫（input/output）裝置的功能。

依此觀念，回到架構篇所舉的 debug card 範例。當 user application 需要將數字顯示到 debug card 時，範例 debug card 0.1.0 便需要實作 ioctl system call，然後在 fops->ioctl 裡呼叫 outb() 將 user application 所指定的數字輸出至 I/O port 80H。

User application 使用 GNU LIBC 的 ioctl() 函數呼叫device driver所提供的命令來「控制」裝置，因此驅動程式必須實作 fops->ioctl 以提供「命令」給使用者。

fops->read & fops->write

read/write 是 Linux 驅動程式最重要的 2 個 driver function，也是驅動程式最核心的觀念所在。對驅動程式而言，read/write 的目的是在實作並支援 user application 的 read() 與 write() 函數；user application 是否能正常由硬體讀寫資料，完全掌握在驅動程式的 read/write ethod。

User application 呼叫 read()/write() 函數後，就會執行 fops->read 與 fops->write。read/write method 負責讀取使用者資料與進行裝置的I/O 存取。依照觸發資料傳輸的方式來區分，我們可以將 I/O 裝置分成以下 2 種（from hardware view）：

Polling：I/O裝置不具備中斷。
Interrupt：I/O裝置以中斷觸發方式進行I/O。

根據I/O處理原理的不同（from software view），可以將 read/write method 的實作策略分成多種排列組合來討論。為了簡化討論內容，未來的日記將鎖定「Interrupt 式的 I/O」來做探討。

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