驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)及作用

驅(qū)動(dòng)程序本質(zhì)上是軟件代碼，主要作用是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間完成數(shù)據(jù)傳送的功能，只有借助驅(qū)動(dòng)程序，兩者才能通信并完成特定的功能。如果一個(gè)硬件設(shè)備沒有驅(qū)動(dòng)程序，只有操作系統(tǒng)是不能發(fā)揮特有功能的，也就是說驅(qū)動(dòng)程序是介于操作系統(tǒng)與硬件之間的媒介，實(shí)現(xiàn)雙向的傳達(dá)，即將硬件設(shè)備本身具有的功能傳達(dá)給操作系統(tǒng)，同時(shí)也將操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)指令傳達(dá)給硬件設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)兩者的無縫連接 [2] 。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電腦硬件的性能越來越強(qiáng)大。驅(qū)動(dòng)程序是直接工作在各種硬件設(shè)備上的軟件，其“驅(qū)動(dòng)”這個(gè)名稱也十分形象的指明了它的功能。正是通過驅(qū)動(dòng)程序，各種硬件設(shè)備才能正常運(yùn)行，達(dá)到既定的工作效果。硬件如果缺少了驅(qū)動(dòng)程序的“驅(qū)動(dòng)”，那么本來性能非常強(qiáng)大的硬件就無法根據(jù)軟件發(fā)出的指令進(jìn)行工作，硬件就是空有一身本領(lǐng)都無從發(fā)揮，毫無用武之地。這時(shí)候，電腦就正如古人所說的“萬事俱備，只欠東風(fēng)”，這“東風(fēng)”的角色就落在了驅(qū)動(dòng)程序身上。如此看來，驅(qū)動(dòng)程序在電腦使用上還真起著舉足輕重的作用。

從理論上講，所有的硬件設(shè)備都需要安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序才能正常工作。但像CPU、內(nèi)存、主板、軟驅(qū)、鍵盤、顯示器等設(shè)備卻并不需要安裝驅(qū)動(dòng)程序也可以正常工作，而顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等卻一定要安裝驅(qū)動(dòng)程序，否則便無法正常工作。這是為什么呢?這主要是由于這些硬件對(duì)于一臺(tái)個(gè)人電腦來說是必需的，所以早期的設(shè)計(jì)人員將這些硬件列為BIOS能直接支持的硬件。換句話說，上述硬件安裝后就可以被BIOS和操作系統(tǒng)直接支持，不再需要安裝驅(qū)動(dòng)程序。從這個(gè)角度來說，BIOS也是一種驅(qū)動(dòng)程序。但是對(duì)于其他的硬件，例如：網(wǎng)卡，聲卡，顯卡等等 卻必須要安裝驅(qū)動(dòng)程序，不然這些硬件就無法正常工作。當(dāng)然，也并非所有驅(qū)動(dòng)程序都是對(duì)實(shí)際的硬件進(jìn)行操作的，有的驅(qū)動(dòng)程序只是輔助系統(tǒng)的運(yùn)行，如android中的有些驅(qū)動(dòng)程序提供輔助操作系統(tǒng)的功能，這些驅(qū)動(dòng)不是linux系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，如ashmen，binder等。

驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)工作是很具挑戰(zhàn)性的，因?yàn)楸仨毰浜现布c軟件上相當(dāng)明確與高級(jí)的平臺(tái)技術(shù)。由于大多數(shù)的驅(qū)動(dòng)程序(device drivers)運(yùn)行在內(nèi)核模式(kernel mode)，軟件的錯(cuò)誤經(jīng)常造成系統(tǒng)嚴(yán)重的不穩(wěn)定，例如藍(lán)屏(blue screen)，這跟過去的用戶模式(user mode)下的程序設(shè)計(jì)(例如Delphi、VB、Java)有明顯的差異性。驅(qū)動(dòng)開發(fā)的原理與步驟：1，明白你手頭的硬件工作原理，包括處理器架構(gòu)的知識(shí)，還有外設(shè)控制器的 datasheet 為必讀之物;2，假如你們要開發(fā)的整個(gè)系統(tǒng)是裸機(jī)程序，那你要開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序就是一套和硬件打交道的函數(shù)庫(kù);但是假如你們計(jì)劃在產(chǎn)品中使用一個(gè)操作系統(tǒng)，那開發(fā)驅(qū)動(dòng)之前就需要熟悉這個(gè)操作系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)部操作原理，因?yàn)槟銓懙氖球?qū)動(dòng)程序需要很好的“鑲嵌”到這個(gè)操作系統(tǒng)的環(huán)境中去。

微軟平臺(tái)為了大量減輕驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，微軟不斷的改進(jìn)驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)軟件與架構(gòu)，從早期復(fù)雜深晦的VxD，到Windows XP上的Windows Driver Model(以下簡(jiǎn)稱WDM)開發(fā)架構(gòu)，如今Windows Driver Foundation(以下簡(jiǎn)稱WDF)已成為新一代的Windows平臺(tái)驅(qū)動(dòng)程序發(fā)展架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)大量簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)流程，更符合面向?qū)ο蟮木?，此架?gòu)包含了UserMode Driver Framework 與Kernel Mode DriverFramework兩種開發(fā)模式。在開發(fā)Windows平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)程序之前，必須先安裝DDK包，支持WDM與WDF兩種架構(gòu)。

Unix平臺(tái)Linux作為UNIX的一個(gè)變種，繼承了UNIX的設(shè)備管理方法，將所有的設(shè)備是具體的文件，通過文件系統(tǒng)層對(duì)設(shè)備進(jìn)行訪問。這種設(shè)備管理方法可以很好地做到“設(shè)備無關(guān)性”，可以根據(jù)硬件外設(shè)的更新進(jìn)行方便的擴(kuò)展。Linux中的設(shè)備大致可以分為三類：字符設(shè)備，塊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備沒有緩沖區(qū)，以字節(jié)為單位順序處理數(shù)據(jù)，不支持隨機(jī)讀寫。常見的字符設(shè)備如普通打印機(jī)、系統(tǒng)的串口、終端顯示器、嵌入式設(shè)備中的簡(jiǎn)單按鍵、手寫板等。塊設(shè)備是指在輸入輸出時(shí)數(shù)據(jù)處理以塊為單位的設(shè)備，一般都采用緩沖技術(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的隨機(jī)讀寫。典型的塊設(shè)備有硬盤、光驅(qū)等。字符設(shè)備和塊設(shè)備面向的上一層是文件系統(tǒng)層。對(duì)用戶來說，塊設(shè)備和字符設(shè)備的訪問接口都是一組基于文件的系統(tǒng)調(diào)用，如read, write等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與塊設(shè)備和字符設(shè)備不同，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備面向的上一層是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層。設(shè)備文件是一個(gè)唯一的名字(如eth0)，在文件系統(tǒng)中不存在對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)項(xiàng)。內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序之間的通信使用的是一套和數(shù)據(jù)包傳輸相關(guān)的函數(shù)，而不是簡(jiǎn)單的讀寫操作。每一個(gè)設(shè)備都有一對(duì)主設(shè)備號(hào)、次設(shè)備號(hào)的參數(shù)作為唯一的標(biāo)識(shí)。主設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序;次設(shè)備號(hào)用來區(qū)分具體驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)例。主設(shè)備號(hào)的獲取可以通過動(dòng)態(tài)分配或指定的方式。在嵌入式系統(tǒng)中外設(shè)較少，一般采用指定的方式