UIO（linux Userspace I/O子系统）用户空间设备驱动I/O技术介绍

 UIO（linux Userspace I/O子系统）用户空间设备驱动I/O技术介绍(由搜集整理)

    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。

Linux UIO 驱动模型(图)

    

  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：

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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

- 读取并记录配置信息

- 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

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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 %d\n", irq_count); }