＃ 入門

本文檔是[Driver Development Kit教程]（ddk-tutorial.md）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，并且需要鮮為人知的內核機密的晦澀知識。

本節的目標是揭開這一過程的神秘面紗;你會學到一切需要知道的如何編寫設備驅動程序的知識。從他們的工作開始，它們如何起作用，以及它們如何適應整個系統。

##概述

在最高級別，設備驅動程序的工作是為特定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端發送數據包，使用完全相同的C語言函數輸出接口。每個驅動程序都負責管理自己的硬件，但是，即使硬件不同，客戶端接口相同。

請注意，驅動程序提供的接口可能是“中間”＆mdash層面的。也就是說，它們可能不一定代表鏈中的“最終”設備。

考慮一個基于PCI的以太網設備。
首先，需要基本PCI驅動程序，了解如何與PCI總線本身通信。
這個驅動程序對以太網一無所知，但確實知道如何與處理機器上的特定PCI芯片組通信。

它枚舉該總線上的設備，收集來自每個設備上的各種寄存器信息，并提供允許其客戶端（如基于PCI的以太網驅動程序）執行PCI操作的功能，比如分配中斷或DMA通道。

因此，這個基本PCI驅動程序為以太網驅動程序提供服務，以太網驅動程序來管理其相關硬件。

同時，其他設備（如視頻卡）也可以使用基本PCI驅動程序以類似的方式管理其硬件。

##zircon模型

為了提供最大的靈活性，Zircon世界的驅動允許綁定到匹配的“父”設備，并發布自己的“兒子”。
此層次結構根據需要進行擴展：一個驅動程序可能只發布一個子項，另一個驅動程序認為該子項是其parent，第二個驅動程序發布自己的child，等等。

為了理解其工作原理，讓我們按照基于PCI的以太網示例進行操作。

系統首先提供一個特殊的“PCI root”父級。
實際上，它說的是“我知道當你在這個系統上有一個PCI總線，當你找到它時，把它綁定在*這里*。“

>下面的“高級主題”部分提供了有關此過程的更多詳細信息。

驅動程序由系統（搜索目錄）和驅動程序進行評估匹配自動綁定。

在這種情況下，綁定到“PCI root”父級的驅動程序找到了，并綁定了。

這是基本的PCI驅動程序。它的工作是配置PCI總線，并枚舉總線上的外設。

PCI總線具有關于如何識別外圍設備的特定約定：
供應商ID（** VID **）和設備ID（** DID **）的組合是所有可能的PCI設備的唯一標識。
在枚舉期間，將從外設和新父級讀取這些值，發布包含檢測到的VID和DID（以及其他主機）的節點信息）。

每次發布新設備時，都會執行與上述相同的重復過程（像最初的PCI root設備發布一樣）;
也就是說，系統會評估驅動程序，搜索匹配的驅動程序是否符合新父母的特點。

而對于PCI根設備，我們之前在搜索匹配某種功能（稱為“協議”，我們很快就會看到這一點）的驅動程序，但是，在這種情況下，我們將搜索匹配不同協議的驅動程序，即滿足“是一個PCI設備且有給定的VID和DID”的協議要求。

如果找到合適的驅動程序（一個匹配所需的協議，VID和DID），它將與父母綁定。

作為綁定的一部分，我們初始化驅動程序＆mdash;這涉及此類操作，如設置card進行操作，啟動接口，和發布此設備的一個或多個子設備。
對于PCI以太網驅動程序，它發布“以太網”接口，同時符合另一種協議，稱為“以太網實現”協議。
該協議代表了一種與客戶使用（但刪除了一步;我們將回到此處）功能相近的通用協議。

###協議

我們上面提到了三個協議：

* PCI根協議（`ZX_PROTOCOL_PCIROOT`），
* PCI設備協議（`ZX_PROTOCOL_PCI`），和
*以太網實現協議（`ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL`）。

括號中的名稱是與協議對應的C語言常量，供參考。

什么是協議？

協議是嚴格的接口定義。

以太網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在數據結構中定義的一組函數（在本案例中是`ethmac_protocol_ops_t`）。

這些功能對于實現協議的所有設備都是通用的 - ?mdash;例如，
所有以太網設備必須提供查詢該MAC地址功能的接口。

其他協議當然對它們的功能有不同的要求，必須提供。
例如，塊設備將發布符合“塊實現協議”（`ZX_PROTOCOL_BLOCK_IMPL`）的接口，必須提供`block_protocol_ops_t`定義的函數。
該協議包括一個以塊為單位返回設備大小的函數。

我們將在以下章節中研究這些協議。

＃高級主題

上面介紹了zircon驅動器的全景圖，重點是協議。

在本節中，我們將研究一些高級主題，例如平臺相關的主題和平臺無關的代碼解耦，
“雜項”協議，以及協議和進程的映射方式。

##平臺依賴與平臺無關

上面，我們提到`ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL`是“接近”由客戶端使用的函數，但這個接口將會被刪除。那是因為還有一個協議，`ZX_PROTOCOL_ETHERNET`，介于客戶端和驅動兩者之間。
此附加協議用于處理所有以太網驅動程序的通用函數（以避免代碼重復）。
此類功能包括緩沖區管理，狀態報告和管理功能。

這實際上是“平臺依賴”與“平臺無關”的解耦;
公共代碼存在于平臺獨立部分（一次），而特定于驅動程序的代碼在平臺相關部分中實現。

這種架構（套路）在多個地方都有使用。
例如，對于塊設備，硬件驅動程序綁定到總線（例如，PCI），并提供`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`。

您還可以通過顯示控制器，I²C總線和串行驅動程序看到這一點。

##雜項協議

在[simple drivers]（simple.md）中，我們展示了幾個驅動程序的代碼基本功能，但不提供與特定協議相關的服務（即，它們不是“以太網”或“塊”設備）。
這些驅動程序綁定到`ZX_PROTOCOL_MISC_PARENT`。

> @@@更多內容？

##進程/協議映射

為了使討論保持簡單，我們沒有討論進程分離，因為它與驅動有關。
要了解這些問題，讓我們看看其他操作系統如何處理它們，并將其與zircon方法進行比較。

在宏內核（如Linux）中，許多驅動程序都在內核中實現。
這意味著它們共享相同的地址空間，并且有效地生活在同一個“進程”中。

這種方法的主要問題是故障隔離/利用。
壞驅動程序可以取出整個內核，因為它位于同一個地址空間中，因此具有對所有內核內存和資源的特權訪問。
受損的驅動程序可能出于同樣的原因而出現安全威脅。

另一個極端，在一些微內核操作系統中，將每個驅動程序服務都放在自己的進程中。
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，
內核至少會影響兩個驅動進程的上下文切換操作（如果不是數據傳輸）。
雖然微內核操作系統通常對這種操作設計得很快，但是高頻率的調用它們也是不合需求的。

Zircon采用的方法基于設備主機（** devhost **）的概念。
devhost是一個包含協議棧的進程＆mdash;也就是說，一個或更多協同工作的協議。
devhost從ELF共享庫加載驅動程序（稱為動態共享對象，或** DSO **）。
在[simple drivers]（simple.md）部分中，我們將看到meta信息包含在DSO中以加快發現過程。

協議棧有效地允許為設備創建完整的“驅動程序”，由平臺相關和平臺獨立組件組成，在一個獨立的過程容器中。

對于高級閱讀器，請查看Zircon命令行可用的`dm dump`命令。
它顯示設備樹，并顯示進程ID，DSO名稱和其他有用的信息。

這是一個高度編輯的版本，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
```

從上面可以看到進程ID“1416”（第3到6行）是"高級配置和電源接口"（** ACPI **）驅動程序,
通過DSO`bus-acpi.so`實現。

在主枚舉期間，ACPI DSO檢測到PCI總線。
這導致parent發布了`ZX_PROTOCOL_PCI_ROOT`（第5行，導致`[pci]`條目的出現）
然后導致devhost加載`bus-pci.so` DSO并綁定到它。
DSO是我們上面討論的在整個過程中引用的“基本PCI驅動程序”。

在綁定期間，基本PCI驅動程序枚舉了PCI總線，并找到了以太網卡（第6行檢測總線0，設備2，功能0，顯示為“[00:02:00]”）。
（當然，還發現了許多其他設備，但簡單起見，我們已將它們從上面列出中移除）。

然后，檢測到此設備會導致基本PCI驅動程序發布使用`ZX_PROTOCOL_PCI`和設備的VID和DID新parent。
此外，創建了一個新的devhost（進程ID“2052”）并加載了`bus-pci.proxy.so` DSO（第7行）。
此代理充當從新devhost（pid`2052`）到基本PCI驅動（pid`1416`）的接口。

>這是“切斷”設備驅動程序只在自己進程的地方＆mdash;新的devhost和基本的PCI驅動程序現在在兩個不同的進程中。

新的devhost`2052`然后找到一個匹配的child（`intel-ethernet.so`第8行的DSO;它被認為是匹配的，因為它有'ZX_PROTOCOL_PCI`和正確VID和DID）。
DSO發布了一個`ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL`，它綁定到一個匹配的child（第9行的`ethernet.so` DSO;它被認為是匹配的，因為它有一個`ZX_PROTOCOL_ETHERNET_IMPL`協議）。

這個鏈沒有顯示的是最終的DSO（`ethernet.so`）發布了一個`ZX_PROTOCOL_ETHERNET`＆mdash;這是客戶端可以使用的部分，所以當然不會涉及進一步的“設備”綁定。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的zircon ddk快速入门的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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