最精彩的一道菜：驅動程式

jollen 發表於 September 30, 2006 12:46 PM

軀動程式本身是屬於「軟體硬介面」的程式設計技術，不管是學習WinCE或是Embedded Linux，最精彩的部份絕對是驅動程式莫屬。由於嵌入式系統整體來看，除了軟體開發外，也包含硬體的客制化，因此驅動程式在嵌入式系統技術領域中，佔了舉足輕重的地位。

學習驅動程式需要確實瞭解硬體的規格與微處理器架構，並且工程師還要能分得清楚哪些東西是介面（interfacing）也就是與硬體無關的程式（machine-independent）；以及哪些是站在第一線做硬體控制的程式（machine-dependent）。各種軟體硬介面與滙流排也都要精通。

現在的嵌入式系統學習主軸

現今嵌入式系統的實作，幾乎都會加入嵌入式作業系統（embedded OS）的元素，有了作業系統，我們都可以為目標裝置「寫軟體」。總合來看，如果要學習所謂的嵌入式系統，從熱門的WinCE或Embedded Linux領域切入是相當不錯的選擇。

驅動程式是「寫軟體」與「做硬體」的 “connectivity”，因此現今資訊業界最熱門的嵌入式系統學習主軸為驅動程式的設計。

WinCE驅動程式

WinCE驅動程式的核心人物當然就是在WDM（Windows Driver Model）身上了。WDM是Windows 98/2000之後的驅動程式架構，WDM是一個嚴密的分層（layered）架構，架構層間以IRPs（I/O Request Packets）做通訊。

WDM驅動程式分為三種類型：bus driver、function driver與filter driver。Bus driver是device-independent的驅動程式，主要在驅動I/O bus，例如：PCI bus driver、USB bus driver；function driver是 “device” 的驅動程式，我們常講的「驅動程式設計」大部份都是講 function driver，function driver 主要在驅動各種裝置，因此大多是由裝置廠造商撰寫並提供給使用者安裝，function driver 的設計大多著墨在「讀/寫」外部裝置。Filter driver是非必要的驅動程式，主要在過瀘 I/O requests。

WDM驅動程式的設計是使用Windows DDK，學習資源豐富並且完整；相較於Linux驅動程式，WDM驅動程式的學習材料較系統化。

Linux驅動程式

Linux驅動程式採取嚴謹的分層式架構設計（layered architecture），利用分層的架構設計來徹底區分generic device driver（machine independent）與machine dependent driver。

Linux驅動程式採用分層架構的觀念設計，透過「註冊」與「回呼」的機制來清楚地區分每一層的關係。分層架構的實作必須在下層將自己註冊給上層，上層再回呼下層；上層的驅動程式必須提供註冊函數供下層呼叫，下層驅動程式所使用的註冊函數也將決定自己的上層架構。

與 user application 如何互動，是撰寫驅動程式時所要考慮的重要一環，因此在撰寫驅動程式時，要提供什麼「功能」給應用程式引用，就必須事先定義清楚。Linux的generic device driver層已經幫我們把這些功能定義清楚了。Linux驅動程式如何透過 I/O port 或 I/O memory來控制裝置，也就是與晶片組的溝通，方式是使用 Linux kernel 所提供的I/O函數來存取並控制實體硬體裝置。

Linux驅動程式的學習困難度較高，並且也沒有像是Windows DDK這樣的完整開發工具；但是若能掌握正確的學習步驟，要邁向高手之路並非遙不可及。

-- 作者／陳俊宏 (jollen)
原文刊載於 Run! PC 雜誌 8 月號
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