Linux设备类型分类

杨铁柱嵌入式

纵览linux/drivers目录，大概还有35个以上的子目录，每个子目录基本上就代表了一种设备驱动，有atm、block、char、misc、input、net、usb、sound、video等。这里只描述在嵌入式系统里面用得最为广泛的3种设备。
1．字符设备（char device）
字符设备是Linux最简单的设备，可以像文件一样访问。初始化字符设备时，它的设备驱动程序向Linux登记，并在字符设备向量表中增加一个device_struct数据结构条目，这个设备的主设备标识符用做这个向量表的索引。一个设备的主设备标识符是固定的。chrdevs向量表中的每一个条目，一个device_struct数据结构，包括两个元素：一个登记设备驱动程序名称的指针和一个指向一组文件操作的指针。可以参考的代码是include/linux/ major.h。
一般来说像鼠标、串口、键盘等设备都属于字符设备。
2．块设备（block device）
块设备是文件系统的物质基础，它也可以像文件一样被访问。Linux用blkdevs向量表维护已经登记的块设备文件。它像chrdevs向量表一样，使用设备的主设备号作为索引。它的条目也是device_struct数据结构。与字符设备不同的是，块设备分为SCSI类和IDE类。向Linux内核登记并向核心提供文件操作。一种块设备类的设备驱动程序向这种类提供和类相关的接口。可以参考的代码是fs/devices.c。
每一个块设备驱动程序必须提供普通的文件操作接口和对于buffer cache的接口。每一个块设备驱动程序填充blk_dev向量表中的blk_dev_struct数据结构。此向量表的索引是设备的主设备号。其中blk_dev_struct数据结构包括一个请求例程的地址和一个指针，指向一个request数据结构的列表，每一个都表达buffer cache向设备读/写一块数据的一个请求。
可以参考的源代码是drivers/block/ll_rw_blk.c和include/linux/blkdev.h。
当buffer cache从一个已登记的设备读/写一块数据，或者希望读、写一块数据到其他
位置时，就在blk_dev_struct中增加一个request数据结构。每个request数据结构都有一个指向一个或多个buffer_head数据结构的指针，每一个都是读/写一块数据的请求。如果buffer_head数据结构被锁定（buffer_cache），可能会有一个进程在等待这个缓冲区的阻塞进程完成。每一个request数据结构都是从all_request表中分配的。如果request增加到空的request列表中，就调用驱动程序的request函数处理这个request队列，否则驱动程序只是简单地处理request队列中的每一个请求。
块设备驱动程序和字符设备驱动程序的主要区别是：在对字符设备发出读、写请求时，实际的硬件I/O一般紧接着就发生了，块设备则不然，它利用一块系统内存作为缓冲区，当用户进程对设备请求能满足用户的要求时，就返回请求的数据，如果不能就调用请求函数来进行实际的I/O操作。块设备是主要针对磁盘等慢速设备的，以免耗费过多的CPU时间来等待。
块设备主要有硬盘、光盘驱动器等。可以查看文件/proc/devices获得。
3．网络设备（net device）
网络设备在系统中的作用类似于一个已挂载的块设备。块设备将自己注册到blk_dev数据及其他内核结构中，然后通过自己的request函数在发生请求时传输和接收数据块，同样网络设备也必须在特定的数据结构中注册自己，以便与外界交换数据包时被调用。网络设备在Linux里做专门的处理。Linux的网络系统主要是基于BSD UNIX的Socket机制。在系统和驱动程序之间定义有专门的数据结构（sk_buff）进行数据的传递。系统里支持对发送数据和接收数据的缓存，提供流量控制机制，提供对多协议的支持。
4．杂项设备（misc device）
杂项设备也是在嵌入式系统中用得比较多的一种设备驱动，在第11章里面介绍的sub LCD和弦芯片的驱动等都是采用 misc device 的驱动方式实现的。在 Linux 内核的include\linux目录下有Miscdevice.h文件，要把自己定义的misc device从设备定义在这里。其实是因为这些字符设备不符合预先确定的字符设备范畴，所有这些设备采用主编号10，一起归于misc device，其实misc_register就是用主标号10调用register_chrdev()的。


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