Драйвер устройства - Device driver

Эта статья о драйверах устройств для оборудования. Для других программных драйверов см. Драйвер (программное обеспечение).

В вычисление, а драйвер устройства это компьютерная программа которая управляет или контролирует определенный тип устройство который прикреплен к компьютер.[1] Драйвер предоставляет программное обеспечение интерфейс к аппаратное обеспечение устройства, позволяющие операционные системы и другие компьютерные программы для доступа к функциям оборудования без необходимости знать точные сведения об используемом оборудовании.

Драйвер связывается с устройством через компьютерный автобус или подсистема связи, к которой подключается оборудование. Когда вызов программа вызывает рутина в драйвере драйвер выдает команды устройству. Как только устройство отправляет данные обратно драйверу, драйвер может вызывать подпрограммы в исходной вызывающей программе.

Драйверы зависят от оборудования и операционной системы. Обычно они предоставляют прерывать обработка, необходимая для любых необходимых асинхронный зависящий от времени аппаратный интерфейс.[2]

Цель

Основная цель драйверов устройств - обеспечить абстракцию, действуя как переводчик между аппаратным устройством и приложениями или операционные системы которые его используют.[1] Программисты могут писать код приложения более высокого уровня независимо от того, какое конкретное оборудование использует конечный пользователь. Например, приложение высокого уровня для взаимодействия с Серийный порт может просто иметь две функции для «отправки данных» и «приема данных». На более низком уровне драйвер устройства, реализующий эти функции, будет взаимодействовать с конкретным контроллером последовательного порта, установленным на компьютере пользователя. Команды, необходимые для управления 16550 UART сильно отличаются от команд, необходимых для управления FTDI преобразователь последовательного порта, но каждый аппаратно-зависимый драйвер устройства рефераты эти детали в тот же (или аналогичный) программный интерфейс.

Разработка

Написание драйвера устройства требует глубокого понимания того, как аппаратное и программное обеспечение работает для данного Платформа функция. Поскольку для работы драйверам требуется низкоуровневый доступ к аппаратным функциям, драйверы обычно работают в привилегированный окружающей среде и может вызвать проблемы в работе системы, если что-то пойдет не так. Напротив, большинство программ пользовательского уровня на современных операционные системы может быть остановлен без значительного воздействия на остальную систему. Даже драйверы, выполняющиеся в пользовательский режим может привести к сбою системы, если устройство ошибочно запрограммирован. Эти факторы делают диагностику проблем более сложной и опасной.[3]

Таким образом, задача написания драйверов обычно сводится к программисты или же компьютерные инженеры которые работают в компаниях-разработчиках оборудования. Это потому, что они лучше, чем большинство посторонних, осведомлены о конструкции своего оборудования. Причем традиционно считалось в аппаратной части. производитель заинтересованы в том, чтобы гарантировать, что их клиенты могут использовать свое оборудование оптимальным образом. Обычно Драйвер логического устройства (LDD) написан поставщиком операционной системы, а Драйвер физического устройства (PDD) реализуется производителем устройства. Однако в последние годы сторонние производители написали множество драйверов для проприетарных устройств, в основном для использования с бесплатный и открытый исходный код операционные системы. В таких случаях важно, чтобы производитель оборудования предоставил информацию о том, как устройство взаимодействует. Хотя эту информацию вместо этого можно узнать разобрать механизм с целью понять, как это работает, с оборудованием это намного сложнее, чем с программным обеспечением.

Microsoft попытался уменьшить нестабильность системы из-за плохо написанных драйверов устройств, создав новую структуру для разработки драйверов, которая называется Фонд драйверов Windows (WDF). Это включает в себя Платформа драйвера пользовательского режима (UMDF), который поощряет разработку определенных типов драйверов, в первую очередь тех, которые реализуют протокол на основе сообщений для связи со своими устройствами - в качестве драйверов пользовательского режима. Если такие драйверы не работают, они не вызывают нестабильности системы. В Платформа драйвера режима ядра (KMDF) модель по-прежнему позволяет разрабатывать драйверы устройств режима ядра, но пытается предоставить стандартные реализации функций, которые, как известно, вызывают проблемы, включая отмену операций ввода-вывода, управление питанием и поддержку устройств Plug and Play.

яблоко имеет среду с открытым исходным кодом для разработки драйверов на macOS, называемый I / O Kit.

В Linux среды, программисты могут создавать драйверы устройств как части ядро, отдельно как загружаемый модули или как драйверы пользовательского режима (для определенных типов устройств, где существуют интерфейсы ядра, например, для устройств USB). Makedev включает список устройств в Linux, включая ttyS (терминал), lp (параллельный порт ), hd (диск), петля и звук (к ним относятся Смеситель, секвенсор, dsp, и аудио).[4]

Майкрософт Виндоус .sys файлы и Linux Файлы .ko могут содержать загружаемые драйверы устройств. Преимущество загружаемых драйверов устройств заключается в том, что их можно загружать только при необходимости, а затем выгружать, тем самым экономя память ядра.

Режим ядра и режим пользователя

Драйверы устройств, особенно на современных Майкрософт Виндоус платформы, могут работать в режим ядра (Ring 0 на процессорах x86 ) или в пользовательский режим (Кольцо 3 на процессорах x86).[5] Основным преимуществом запуска драйвера в пользовательском режиме является повышенная стабильность, поскольку плохо написанный драйвер устройства пользовательского режима не может вызвать сбой системы из-за перезаписи памяти ядра.[6] С другой стороны, переходы между пользовательским режимом и режимом ядра обычно приводят к значительным накладным расходам на производительность, что делает драйверы режима ядра предпочтительными для сетей с малой задержкой.

Доступ к пространству ядра для пользовательского модуля возможен только с помощью системных вызовов. Программы конечного пользователя, такие как оболочка UNIX или другие приложения на основе графического интерфейса пользователя, являются частью пользовательского пространства. Эти приложения взаимодействуют с оборудованием через функции, поддерживаемые ядром.

Приложения

Из-за разнообразия современных оборудования и операционных систем, драйверы работают во многих различных средах.[7] Водители могут интерфейс с:

Общие уровни абстракции для драйверов устройств включают:

  • Для оборудования:
    • Прямое взаимодействие
    • Написание или чтение из регистр управления устройством
    • Используя некоторый интерфейс более высокого уровня (например, Видео BIOS )
    • Использование другого драйвера устройства более низкого уровня (например, драйверов файловой системы, использующих драйверы диска)
    • Моделируя работу с железом, делая при этом совсем другое[8]
  • Для программного обеспечения:
    • Разрешение операционной системе прямого доступа к аппаратным ресурсам
    • Только реализация примитивы
    • Реализация интерфейса для программного обеспечения без драйверов (например, TWAIN )
    • Реализация языка, иногда довольно высокого уровня (например, PostScript )

Поэтому выбор и установка правильных драйверов устройств для данного оборудования часто является ключевым компонентом конфигурации компьютерной системы.[9]

Драйверы виртуальных устройств

Драйверы виртуальных устройств представляют собой конкретный вариант драйверов устройств. Они используются для эмуляции аппаратного устройства, особенно в виртуализация среды, например, когда ДОС программа запускается на Майкрософт Виндоус компьютер или когда гость Операционная система выполняется, например, на Xen хозяин. Вместо того, чтобы разрешать гостевой операционной системе диалог с оборудованием, драйверы виртуальных устройств берут на себя противоположную роль и эмулируют часть оборудования, так что гостевая операционная система и ее драйверы работают внутри виртуальная машина может возникнуть иллюзия доступа к реальному оборудованию. Попытки гостевой операционной системы получить доступ к оборудованию направляются драйверу виртуального устройства в основной операционной системе, например,вызовы функций. Драйвер виртуального устройства также может отправлять имитированные события на уровне процессора, например прерывает в виртуальную машину.

Виртуальные устройства также могут работать в невиртуализированной среде. Например, виртуальный Сетевой адаптер используется с виртуальная частная сеть, а виртуальный диск устройство используется с iSCSI. Хорошим примером драйверов виртуальных устройств может быть DAEMON Tools.

Существует несколько вариантов драйверов виртуальных устройств, например VxD, VLM, и VDD.

Драйверы с открытым исходным кодом

Солярис описания часто используемых драйверов устройств:

  • fas: Быстрый / широкий контроллер SCSI
  • hme: Fast (10/100 Мбит / с) Ethernet
  • isp: Дифференциальные контроллеры SCSI и карта SunSwift
  • glm: (Модуль связи Gigabaud[12]) Контроллеры UltraSCSI
  • scsi: устройства с последовательным интерфейсом малых компьютеров (SCSI)
  • sf: soc + или social Fibre Channel Arbitrated Loop (FCAL)
  • soc: контроллеры SPARC Storage Array (SSA) и управляющее устройство
  • social: Последовательные оптические контроллеры для FCAL (soc +)

API

Идентификаторы

Устройство на Шина PCI или USB идентифицируется двумя идентификаторами, которые состоят из 4 шестнадцатеричный числа каждый. Идентификатор поставщика идентифицирует поставщика устройства. Идентификатор устройства идентифицирует конкретное устройство от этого производителя / поставщика.

Устройство PCI часто имеет пару идентификаторов для основного чипа устройства, а также пару идентификаторов подсистем, которые идентифицируют поставщика, который может отличаться от производителя чипа.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Что такое вообще драйвер устройства?". WhatIs.com. TechTarget. Получено 19 марта 2018.
  2. ^ Образовательные услуги EMC (2010 г.). Хранение информации и управление ею: хранение, управление и защита цифровой информации. Джон Вили и сыновья. ISBN  9780470618332.
  3. ^ Берк, Тимоти (1995). Написание драйверов устройств: руководство и справочник. Цифровая пресса. ISBN  9781555581411.
  4. ^ «МАКЕДЕВ - команда Linux - команда Unix». Linux.about.com. 2009-09-11. Получено 2009-09-17.
  5. ^ «Пользовательский режим и драйверы режима ядра». Microsoft. 2003-03-01. Архивировано из оригинал на 2008-03-09. Получено 2008-03-04.
  6. ^ «Введение в структуру драйвера пользовательского режима (UMDF)». Microsoft. 2006-10-10. Получено 2008-03-04.
  7. ^ Дебора Морли (2009). Понимание компьютеров 2009: сегодня и завтра. Cengage Learning. ISBN  9780324830132.
  8. ^ Компьютерная периферия и интерфейсы. Технические публикации Пуна. Январь 2008. С. 5–8. ISBN  978-8184314748. Получено 2016-05-03.
  9. ^ «Что такое драйверы устройств и зачем они нам нужны?». drivers.com. 17 апреля 2015 г.. Получено 19 марта, 2018.
  10. ^ «CCISS». SourceForge. 2010. Получено 2010-08-11. Драйверы для контроллеров HP (ранее Compaq) Smart Array, которые обеспечивают возможность аппаратного RAID.
  11. ^ Рассел, Стив; и другие. (2003-10-21). Аббревиатуры и Акронимы. Консолидация серверов с помощью IBM eserver xSeries 440 и VMware ESX Serve. Международная организация технической поддержки IBM. п. 207. ISBN  0-7384-2684-9. Получено 2011-08-14.[постоянная мертвая ссылка ]
  12. ^ «Патент США 5969841 - модуль связи гигабод с сигналом обнаружения принятой мощности». ООО "ПатентСторм". Архивировано из оригинал на 2011-06-12. Получено 2009-09-08. Усовершенствованный модуль связи Gigabaud (GLM) предназначен для выполнения двунаправленной передачи данных между хост-устройством и носителем последовательной передачи.
  13. ^ «Унифицированная аудио модель (Windows CE 5.0)». msdn.microsoft.com. Получено 2016-09-19.
  14. ^ Dell США. «Что такое драйверы DCH и почему о них нужно знать? | Dell US». www.dell.com. Получено 2020-10-29.
  15. ^ "dxd - среда драйвера dynax: главная страница". dxd.dynax.at. Получено 2016-09-19.

внешняя ссылка