4.2 设备驱动的结构

可以说，所有的设备驱动都具有相同的结构组织。这或许可以从用户层进行理解：所有的设备在用户层都以同一套标准的接口对用户可见。这些标准的用户请求经过层层传递，最后到达底层驱动，对于每个标准请求，底层驱动都必须有一个对应的响应函数，这就决定了几乎所有的底层驱动都具有相同的结构。然而对用户请求进行响应并非驱动全部，这仅仅是构成底层驱动被动的一面，其主动的一面则体现在对硬件的操作上。设备驱动被动和主动两个方面的特性决定了设备驱动基本的架构：对上提供一套内核标准接口响应函数，对下提供硬件驱动和硬件中断响应函数。

为了实现用户层调用的标准化，操作系统对每种类型设备的驱动都有一套标准的接口函数，底层驱动必须实现这些函数，并将这些函数的地址注册给操作系统，如此当用户请求某项服务时，操作系统可以调用底层驱动对应的函数进行响应。此时操作系统作为主动方主动调用底层驱动提供的函数，以达到用户与底层驱动的交互。另一方面，为了与实际硬件设备进行交互，底层驱动也需要一种通知机制，这种机制通常就是中断。一个用户的请求到来时，底层驱动某个函数被操作系统调用进行响应，该函数配置硬件相关寄存器服务该请求。硬件完成该请求后，必须反过来通知底层驱动表示服务已经完成。硬件通过的方式一般就是中断。故底层驱动必须有一个针对驱动硬件中断发生的中断响应函数。底层驱动中断响应函数一旦被调用，就表示用户请求的某项服务已经完成，大多数时候，这个完成的状态需要通知给用户，故从这个方面来看，内核本身也需要提供一个回调函数给底层驱动，从而完成底层驱动向用户的主动通知，用户在得到通知后可以采取下一步的操作。由此，我们可以总结设备驱动的通用架构：

● 一套需要提供给操作系统的标准操作函数。

● 一个硬件中断响应函数。

● 一个（或一套）由内核提供给底层驱动的回调函数指针，用以存储内核回调函数的地址。

● 设备驱动注册和初始化函数。

以上四点基本构成了所有设备驱动的结构组织。至于对前三个方面如何进行封装，则由具体的设备类型决定。对于第一个方面底层驱动提供给操作系统的标准操作函数，我们可以进一步细化，细化的基本依据就是用户层标准接口。这些函数包括：

● 设备打开函数：完成设备的初始化，注册底层驱动硬件中断响应函数，使能设备工作。

● 设备读写函数：完成与设备数据的交互。

● 设备关闭函数：禁止设备工作，注销底层驱动硬件中断响应函数。

● 设备控制函数：对设备的工作方式进行控制。

以上讨论中，将设备的初始化作为设备打开函数实现的一部分，这通常是不准确的。底层驱动是作为操作系统映像的一部分存在的，即其属于内核代码，设备初始化通常在操作系统启动过程中完成。换句话说，设备初始化将作为一个独立的函数被实现，在操作系统启动过程中作为启动的一部分被调用。此时设备打开函数实现中将剔除设备初始化的代码，一般只需要完成中断函数的注册和设备的使能。另外，很多开发者将中断注册也作为设备初始化的一部分，这并非是一个错误，但基于现在中断号一般都是共享的，故推荐只有在设备真正工作时，才注册中断处理函数。设备打开函数中注册中断基本上已经成为一个约定。