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UIO（linux Userspace I/O子系统）用户空间设备驱动I/O技术介绍
发布时间:2014-11-17
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UIO（linux Userspace I/O子系统）用户空间设备驱动I/O技术介绍(由函数 iis7站长之家.169it.com搜集整理)
UIO（Userspace I/O）是运行在用户空间的I/O技术。Linux系统中一般的驱动设备都是运行在内核空间，而在用户空间用应用程序调用即可，而UIO则是将驱动的很少一部分运行在内核空间，而在用户空间实现驱动的绝大多数功能！使用UIO可以避免设备的驱动程序需要随着内核的更新而更新的问题.通过UIO的运行原理图可以看出,用户空间下的驱动程序比运行在内核空间的驱动要多得多,UIO框架下运行在内核空间的驱动程序所做的工作很简单,常做的只有两个:分配和记录设备需要的资源和注册uio设备和必须在内核空间实现的小部分中断应答函数,经过实践表明后面的工作也是可以省略的!我们认为uio内核空间的程序所做的越少越好,在用户空间能完成的我们就不需要放在内核空间做(比如说响应中断),这样假如内核有变化,uio框架中的驱动维护也是比较简单。
uio驱动的内核部分，用户空间部分，和uio 框架以及内核内部函数的关系图
uio驱动重要的数据结构：
struct uio_device {
struct module *owner;
struct device *dev; //在__uio_register_device中初始化
int minor; // 次设备id号，uio_get_minor
atomic_t event; //中断事件计数
struct fasync_struct *async_queue;//该设备上的异步等待队列//
// 关于 “异步通知“ //参见LDD3第六章
wait_queue_head_t wait; //该设备上的等待队列，在注册设备时(__uio_register_device)初始化
int vma_count;
struct uio_info *info;// 指向用户注册的uio_info，在__uio_register_device中被赋值的
struct kobject *map_dir;
struct kobject *portio_dir;
};
/*
* struct uio_info - UIO device capabilities
* @uio_dev: the UIO device this info belongs to
* @name: device name
* @version: device driver version
* @mem: list of mappable memory regions, size==0 for end of list
* @port: list of port regions, size==0 for end of list
* @irq: interrupt number or UIO_IRQ_CUSTOM
* @irq_flags: flags for request_irq()
* @priv: optional private data
* @handler: the device's irq handler
* @mmap: mmap operation for this uio device
* @open: open operation for this uio device
* @release: release operation for this uio device
* @irqcontrol: disable/enable irqs when 0/1 is written to /dev/uioX
*/
struct uio_info {
struct uio_device *uio_dev; // 在__uio_register_device中初始化
const char *name; // 调用__uio_register_device之前必须初始化
const char *version; //调用__uio_register_device之前必须初始化
struct uio_mem mem[MAX_UIO_MAPS];
struct uio_port port[MAX_UIO_PORT_REGIONS];
long irq; //分配给uio设备的中断号，调用__uio_register_device之前必须初始化
unsigned long irq_flags;// 调用__uio_register_device之前必须初始化
void *priv; //
irqreturn_t (*handler)(int irq, struct uio_info *dev_info); //uio_interrupt中调用，用于中断处理
// 调用__uio_register_device之前必须初始化
int (*mmap)(struct uio_info *info, struct vm_area_struct *vma); //在uio_mmap中被调用，
// 执行设备打开特定操作
int (*open)(struct uio_info *info, struct inode *inode);//在uio_open中被调用，执行设备打开特定操作
int (*release)(struct uio_info *info, struct inode *inode);//在uio_device中被调用，执行设备打开特定操作
int (*irqcontrol)(struct uio_info *info, s32 irq_on);//在uio_write方法中被调用，执行用户驱动的
//特定操作。
};UIO的内核部分和用户空间的工作
内核空间
UIO的少量运行在内核空间的驱动所做的工作有哪些呢?
（1）分配和记录设备需要的资源和注册uio设备
在设备的探测函数中：
- 使能PCI 设备
- 申请资源
- 注册uio设备// uio_register_device()
// uio_8139d_pci_probe & uio_8139d_handler
（2）必须*在内核空间实现的小部分中断应答函数
用户空间的关键操作
1关键操作
2.响应硬件中断
int32_t irq_count;
int fd = open("/dev/uio0", O_RDWR);
/* Map the register regions to proccess's virtual memspace */
void * access = mmap(NULL, 4096,
// 寄存器的读写操作，可用过普通内存读写的方式完成
PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED, fd, 0);// [1]
while (read(fd, &irq_count, 4) == 4) {[2]
printf("Interrupt number %dn", irq_count);
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