入門

此文檔是Driver Development Kit tutorial文檔的一部分。

編寫設備驅動程序通常被視為一項艱巨的任務，充滿了復雜性，并且需要具有對鮮為人知的核心機密的神秘知識。

本節的目標是揭開這個過程的神秘面紗；你將學到你所需要知道的關于如何編寫設備驅動程序的一切，從它們可以做什么開始，它們如何工作，以及它們如何融入整個系統。

概述

在最高層次上，設備驅動程序的工作是為特定的設備提供統一的接口，同時隱藏特定于設備實現的細節。

例如，兩個不同的以太網驅動程序都允許客戶機發送數據包。使用完全相同的C語言函數。每個驅動程序負責管理自己的硬件，使使用接口相同，即使硬件不同。

請注意，驅動程序提供的接口可能是中間態的 &mdash；也就是說，它們不一定代表鏈中的最終設備。

考慮一個基于PCI總線的以太網設備。首先，需要一個基本的PCI驅動程序來理解如何與PCI總線本身進行通信。這個驅動程序對以太網一無所知，但它知道
如何處理機器上存在的特定PCI芯片組。

它枚舉PCI總線上的設備，從每個設備上的各個寄存器收集信息，并提供程序允許其客戶（如基于PCI的以太網驅動程序）執行PCI操作，比如分配一個中斷或一個DMA通道。

因此，這個基本PCI驅動程序向以太網驅動程序提供服務，允許以太網驅動程序管理其相關硬件的。

同時，其它設備（如顯卡）也可以使用基本PCI驅動程序以類似方式管理其硬件。

Zircon模型

為了提供最大的靈活性，Zircon世界中的驅動程序允許綁定到匹配的"parent"設備，并發布自己的"child"設備。此層次結構根據需要擴展：一個驅動程序可發布一個"child"，對于另一個將其視為父級的驅動程序，其又可發布自己的子輩，等等。

為了理解這是如何工作的，讓我們跟隨基于PCI的以太網示例講述。

系統首先提供一個特殊的"PCI root"父級。實際上，它表明"我知道這個系統上有一個PCI總線，當你找到它，把它綁在這里。"

以下的"Advanced Topics"章節詳述了此過程.

驅動程序由系統評估（目錄搜索），匹配的驅動程序自動完成綁定。

在這種情況下，找到匹配"PCI root"父級的驅動程序后，自動將其綁定。

這是基本的PCI驅動程序。它的任務是配置PCI總線，并枚舉總線上的外圍設備。

PCI總線對如何識別外圍設備有特定的約定：供應商ID（VID）和設備ID（DID）的組合唯一標識所有可能的PCI設備。在枚舉過程中，這些值從外圍設備讀取，發布的新父級節點包含檢測到的VID和DID（以及其它信息）。

每次發布新設備時，重復以上描述的過程（初始PCI root設備發布）；也就是說，系統會對驅動程序進行評估，搜索匹配符合新父輩特點的驅動程序。

然而，對于PCI根設備，我們尋找一個驅動程序，其匹配的一定的功能（稱為"協議"，稍后介紹），盡管如此，在本例中，我們搜索的驅動程序匹配不同的協議，即滿足"指定VID和DID的PCI設備"要求的協議。

如果找到合適的驅動程序（匹配要求的協議、VID和DID），綁定到父輩設備上.

作為綁定的一部分，我們初始化驅動程序 &mdash；這包括一些如下操作：配置網卡、拉起接口、以及發布此設備的一個或多個子輩。

對于PCI以太網驅動程序的情況，發布"ethernet"接口，其符合另外一種協議，即"ethernet implementation"協議。此協議代表一種通用的協議，接近客戶使用的功能（但還差一步；我們一會兒回來講述這一點）。

協議 Protocols

以上我們提到了三種協議:

• PCI root 協議 (ZX_PROTOCOL_PCIROOT),
• PCI 設備協議 (ZX_PROTOCOL_PCI), 以及
• Ethernet implementation 協議 (ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL).

括號中的名稱是對應于協議的C語言常量，以供參考。

那么，什么是協議呢？

協議是一個嚴格的接口定義。

Ethernet驅動程序發布了一個符合ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL的接口。這意味著它必須提供一組在數據結構中定義的函數（在本例中，為ethmac_protocol_ops_t）。

這些函數對于實現協議 &mdash 的所有設備都是通用的，例如，所有以太網設備必須提供查詢函數，查詢接口的MAC地址。

當然，其它協議對于必須提供的函數有著不同的要求。

例如，塊設備將發布符合"block implementation protocol" (ZX_PROTOCOL_BLOCK_IMPL)的接口，并且，提供由block_protocol_ops_t結構定義的函數。例如，這個協議包括一個函數，它以塊為單位返回設備的大小。

我們將在下面的章節中研究這些協議。

進階主題

上面介紹了Zircon內核的驅動程序大的框架，以及協議概念介紹。

在本節中，我們將研究一些高級主題，如平臺依賴和平臺無關代碼解耦、"miscellaneous"協議、以及協議與進程是如何映射的。

平臺相關與平臺無關

上面，我們提到ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL非常接近客戶所使用的函數，僅一步之差。這是因為還有一個協議ZX_PROTOCOL_ETHERNET，位于客戶和驅動程序之間。此附加協議用于處理所有以太網驅動程序通用的功能（為了避免代碼重復）。這些功能包括緩沖區管理、狀態報告和管理功能。

這實際上是一種"平臺依賴"與"平臺獨立"的解耦；公共代碼存在于平臺獨立部分（一次），驅動程序特定代碼實現在依賴平臺的部分中。

這種體系結構將在多個地方重復見到。例如，對于塊設備，硬件驅動程序綁定到總線（例如PCI），并提供了一個ZX_PROTOCOL_BLOCK_IMPL協議。獨立于平臺的驅動程序綁定到ZX_PROTOCOL_BLOCK_IMPL，并發布面向客戶的協議，ZX_PROTOCOL_BLOCK。

你還將會在顯示控制器、I²C bus, 和串行設備上看到這種體系架構。

雜項協議

在simple drivers文檔中，我們顯示了幾個驅動程序的代碼，其實現基本的功能，但不提供與特定協議相關的服務（即，它們不是"ethernet" 或者 "block"設備）。這些驅動程序綁定到ZX_PROTOCOL_MISC_PARENT。

進程 / 協議 映射

為了保持上述討論的簡單性，我們沒有討論過程分離。因為它與驅動程序相關。

為了理解這些問題，讓我們看看其他操作系統如何處理它們，并將其與Zircon系統的方法進行比較。

在宏內核（如Linux）中，許多驅動程序都是在內核中實現的。這意味著它們共享相同的地址空間，并且實際上運行在相同的"進程"中。

這種方法的主要問題是故障的隔離/發掘。一個糟糕的驅動程序可以控制整個內核，因為它們位于相同地址空間，從而有權訪問所有內核的內存和資源。由于同樣的原因，不合規范的驅動程序可能會帶來安全威脅。

另一個極端是，將每個驅動程序服務都放在其自身的進程中，一些微內核操作系統使用這種方法。它的主要缺點是，如果一個驅動程序依賴于另一個驅動程序的服務，內核必須至少實現在兩個驅動程序進程之間執行上下文切換操作（如果不是數據傳輸）。雖然微內核操作系統通常被設計成在這些方面運行很快，但是高頻率的執行這些操作是不可取的。

Zircon所采用的方法是基于設備主機（devhost）的概念。devhost是一個包含協議棧 &mdash 的進程，即一個或多個共同工作的協議。devhost從ELF共享庫文件（稱為Dynamic Shared Objects，或DSO）加載驅動程序。在simple drivers部分，我們將看到包含在DSO中的元信息，這些信息便于驅動發現過程。

實際上，協議棧允許為設備創建完整的"驅動程序"，包括平臺相關組件和平臺獨立組件，位于一個自包含的進程容器中。

對于進階讀者，請查看Zircon命令行的dm dump命令。它顯示一個設備樹，并顯示進程ID、DSO名稱和其他有用信息。

以下是高度編輯的版本，僅顯示PCI以太網驅動程序部分：

1. [root] 2. [sys] 3. <sys> pid=1416 /boot/driver/bus-acpi.so 4. [acpi] pid=1416 /boot/driver/bus-acpi.so 5. [pci] pid=1416 /boot/driver/bus-acpi.so... 6. [00:02:00] pid=1416 /boot/driver/bus-pci.so 7. <00:02:00> pid=2052 /boot/driver/bus-pci.proxy.so 8. [intel-ethernet] pid=2052 /boot/driver/intel-ethernet.so 9. [ethernet] pid=2052 /boot/driver/ethernet.so

以上信息，可以看到進程ID1416（第3行到第6行），其是Advanced Configuration and Power Interface (ACPI)驅動程序，由DSO庫bus-acpi.so實現。

在主枚舉過程中，ACPI DSO檢測到一個PCI總線。這導致了發布一個具有ZX_PROTOCOL_PCI_ROOT的父輩（第5行，導致出現[pci]條目），然后導致devhost加載bus-pci.so DSO并綁定到它。此DSO是"基本PCI驅動程序"，我們在以上的討論中都提到過它。

在綁定期間，基本PCI驅動程序枚舉PCI總線，并找到了一個以太網卡（第6行，檢測到位于總線0、設備2、功能0，如[00:02:00]）。（當然，也發現了許多其他設備，但為了簡單起見，我們已經將它們從上面的列表中移除）。

對該網絡設備的檢測在隨后導致基本PCI驅動程序發布新的具有ZX_PROTOCOL_PCI的父級，以及設備的VID和DID。此外，還創建了一個新的devhost（進程ID"2052"），并加載bus-pci.proxy.so DSO（第7行）。此代理充當新devhost（pid2052）到基本PCI驅動程序（pid1416）的接口。

這就是作出決定的地方，將設備驅動程序放入其自身的進程中 &mdash；新的devhost和基本PCI驅動程序現在運行于兩個不同的進程中

然后，新的devhost2052會找到一個匹配的子級（第8行的intel-ethernet.so DSO；由于它具有ZX_PROTOCOL_PCI和正確的VID與DID，其被認為是一個匹配）。此DSO發布了一個ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL，綁定到匹配的子級（第9行的ethernet.so DSO；因為它具有ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL協議，所以被認為是匹配項）。

這個鏈沒有顯示的是最終的DSO（ethernet.so），其發布ZX_PROTOCOL_ETHERNET &mdash；這是可被客戶使用的部分，所以，沒有進一步的"設備"綁定了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Zircon DDK入门指南的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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