Linux驱动基础-Linux中设备分类

Linux系统上每一个设备的运行都有其固定的规则,而且设备种类、型号众多,将每一个设备的固定规则写入内核是不现实的,也是没有意义的。所以每一个设备都会有相对应的驱动,小到一个led灯,大到一个网卡,都要有相关的驱动。驱动程序可以看做是应用程序和实际设备之间的一个软件层。应用程序控制一个设备,首先要向驱动发出信号,驱动接收到信号再控制设备完成相对应的动作。应用程序想要获取设备采集的数据同样也是要经过驱动来完成。

Linux中设备分类

Linux系统将设备分成三个基本类型,每个模块通常实现为其中某一类。

1、字符设备

字符设备是一个能够像字节流一样被访问的设备,由字符设备驱动程序来实现这种特性。字符设备驱动程序通常至少要实现打开、关闭、读取和写入系统调用。字符设备是一个顺序访问的,只有在设备响应后才能读到相应信息。不能随机访问,且每个字符设备都有一个设备号,设备号由主设备号和次设备号组成。常见的字符设备如串口、IIC等。字符设备的对应的文件都在/dev目录下,每一个文件对应一个硬件。在linux系统中/dev目录下使用ls -l命令查看详细信息,第一个字母“c”为字符设备文件的标识。

 

2、块设备

和字符设备类似,块设备也是通过/dev目录下的文件系统节点来访问。块设备上能够容纳文件系统。常见的块设备如磁盘、emmc  flash、nand  flash、 SD卡等。每个块设备同样有r--+’/h涡阳【5片【一个设备号,设备号由主设备号和次设备号组成。在linux系统中/dev目录下使用ls -l命令查看详细信息,第一个字母“b”为块设备文件的标识。/dev下每个块设备文件对应一个磁盘的分区。

 

3、网络设备

任何网络相关的事务都要经过一个网络接口,即一个能够与其他主机交换数据的设备。通常,接口是个硬件设备,但也可能是纯软件设备,比如在ifconfig查看网口信息的时候有一个lo,就是网络回环(loopback)接口。访问网络接口的方法是给它们分配一个唯一的名字,比如eth0、eth1、lo等。但这个名字在文件系统中不存在相应的节点。网络接口没有像字符设备和块设备一样的设备号,只有一个唯一的名字,如eth0、eth1等,而这个名字也不需要与设备文件节点对应。内核使用一套与数据包传输相关的函数来与网络设备驱动程序通信,它们不同于字符设备和块设备的read()和write()方法。


 

各种字符设备和块设备都体现了linux“一切都是文件的”的设计思想,网络设备是唯一没有体现这一思想的设备。

设备节点、设备驱动及设备的关联

整个系统上挂载的设备很多,当我们访问一个设备节点时,系统是如何知道使用哪个设备驱动及访问哪个设备的呢?这个是通过设备号来实现的。创建一个设备节点时需要指定主设备号和次设备号。对于设备节点来说,名字不是重要的,设备号才是最重要的,它实际指定了对应的驱动程序和对应的设备。主设备号用来区分不同种类的设备,而次设备号用来区分同一类型的多个设备。对于常用设备,Linux有约定俗成的编号,如硬盘的主设备号是3。在/dev目录下使用命令ls -l加名字可查看相应的主设备号和次设备号。

 

主设备号

驱动程序在初始化时,会注册它的驱动及对应主设备号到系统中,这样当应用程序访问设备节点时,系统就知道它所访问的驱动程序了。可以通过/proc/devices文件来驱动系统设备的主设备号。

 

次设备号

驱动程序运行时,每发现一个它能驱动的设备,就会创建一个设备对象,并为其分配一个次设备号以区分不同的设备。这样当应用程序访问设备节点时驱动程序就可以根据次设备号知道它所访问的设备了。