第一章 UNIX下設備驅動程序的基本結構
在UNIX係統裏，對用戶程序而言，設備驅動程序隱藏了設備的具體細節，對各種不同設備提供了一致的接口，一般來說是把設備映射為一個特殊的設備文件，用戶程序可以象對其它文件一樣對此設備文件進行操作。UNIX對硬件設備支持兩個標準接口：塊特別設備文件和字符特別設備文件，通過塊（字符）特別設備文件存取的設備稱為塊（字符）設備或具有塊（字符）設備接口。塊設備接口僅支持麵向塊的I/O操作，所有I/O操作都通過在內核地址空間中的I/O緩衝區進行，它可以支持幾乎任意長度和任意位置上的I/O請求，即提供隨機存取的功能。
字符設備接口支持麵向字符的I/O操作，它不經過係統的快速緩存，所以它們負責管理自己的緩衝區結構。字符設備接口隻支持順序存取的功能，一般不能進行任意長度的I/O請求，而是限製I/O請求的長度必須是設備要求的基本塊長的倍數。顯然，本程序所驅動的串行卡隻能提供順序存取的功能，屬於是字符設備，因此後麵的討論在兩種設備有所區別時都隻涉及字符型設備接口。設備由一個主設備號和一個次設備號標識。主設備號唯一標識了設備類型，即設備驅動程序類型，它是塊設備表或字符設備表中設備表項的索引。次設備號僅由設備驅動程序解釋，一般用於識別在若幹可能的硬件設備中，I/O請求所涉及到的那個設備。
設備驅動程序可以分為三個主要組成部分：
(1)自動配置和初始化子程序，負責檢測所要驅動的硬件設備是否存在和是否能正常工作。如果該設備正常，則對這個設備及其相關的、設備驅動程序需要的軟件狀態進行初始化。這部分驅動程序僅在初始化的時候被調用一次。
(2)服務於I/O請求的子程序，又稱為驅動程序的上半部分。調用這部分是由於係統調用的結果。這部分程序在執行的時候，係統仍認為是和進行調用的進程屬於同一個進程，隻是由用戶態變成了核心態，具有進行此係統調用的用戶程序的運行環境，因此可以在其中調用sleep()等與進程運行環境有關的函數。
(3)中斷服務子程序，又稱為驅動程序的下半部分。在UNIX係統中，並不是直接從中斷向量表中調用設備驅動程序的中斷服務子程序，而是由UNIX係統來接收硬件中斷，再由係統調用中斷服務子程序。中斷可以產生在任何一個進程運行的時候，因此在中斷服務程序被調用的時候，不能依賴於任何進程的狀態，也就不能調用任何與進程運行環境有關的函數。
在係統內部，I/O設備的存取通過一組固定的入口點來進行，這組入口點是由每個設備的設備驅動程序提供的。一般來說，字符型設備驅動程序能夠提供如下幾個入口點：
(1)open入口點。打開設備準備I/O操作。對字符特別設備文件進行打開操作，都會調用設備的open入口點。open子程序必須對將要進行的I/O操作做好必要的準備工作，如清除緩衝區等。如果設備是獨占的，即同一時刻隻能有一個程序訪問此設備，則open子程序必須設置一些標誌以表示設備處於忙狀態。
(2)close入口點。關閉一個設備。當最後一次使用設備終結後，調用close子程序。獨占設備必須標記設備可再次使用。
(3)read入口點。從設備上讀數據。對於有緩衝區的I/O操作，一般是從緩衝區裏讀數據。對字符特別設備文件進行讀操作將調用read子程序。
(4)write入口點。往設備上寫數據。對於有緩衝區的I/O操作，一般是把數據寫入緩衝區裏。對字符特別設備文件進行寫操作將調用write子程序。
(5)ioctl入口點。執行讀、寫之外的操作。
(6)select入口點。檢查設備，看數據是否可讀或設備是否可用於寫數據。select係統調用在檢查與設備特別文件相關的文件描述符時使用select入口點。如果設備驅動程序沒有提供上述入口點中的某一個，係統會用缺省的子程序來代替。對於不同的係統，也還有一些其它的入口點。
3.2、LINUX係統下的設備驅動程序
具體到LINUX係統裏，設備驅動程序所提供的這組入口點由一個結構來向係統進行說明，此結構定義為：
#include$#@60;linux/fs.h$#@62;
structfile_operations{
int(*lseek)(structinode*inode,structfile*filp,
off_toff,intpos);
int(*read)(structinode*inode,structfile*filp,
char*buf,intcount);
int(*write)(structinode*inode,structfile*filp,
char*buf,intcount);
int(*readdir)(structinode*inode,structfile*filp,
structdirent*dirent,intcount);
int(*select)(structinode*inode,structfile*filp,
intsel_type,select_table*wait);
int(*ioctl)(structinode*inode,structfile*filp,
unsignedintcmd,unsignedintarg);
int(*mmap)(void);
int(*open)(structinode*inode,structfile*filp);
void(*release)(structinode*inode,structfile*filp);
int(*fsync)(structinode*inode,structfile*filp);
};
其中，structinode提供了關於特別設備文件/dev/driver（假設此設備名
為driver）的信息，它的定義為：
#include$#@60;linux/fs.h$#@62;
structinode{
dev_ti_dev;
unsignedlongi_ino;/*Inodenumber*/
umode_ti_mode;/*Modeofthefile*/
nlink_ti_nlink;
uid_ti_uid;
gid_ti_gid;
dev_ti_rdev;/*Devicemajorandminornumbers*/
off_ti_size;
time_ti_atime;
time_ti_mtime;
time_ti_ctime;
unsignedlongi_blksize;
unsignedlongi_blocks;
structinode_operations*i_op;
structsuper_block*i_sb;
structwait_queue*i_wait;
structfile_lock*i_flock;
structvm_area_struct*i_mmap;
structinode*i_next,*i_prev;
structinode*i_hash_next,*i_hash_prev;
structinode*i_bound_to,*i_bound_by;
unsignedshorti_count;
unsignedshorti_flags;/*Mountflags(seefs.h)*/
unsignedchari_lock;
unsignedchari_dirt;
unsignedchari_pipe;