⚡️Linux设备驱动的基本概念⚡️
设备驱动程序概述
设备驱动程序（Device Driver），简称驱动程序（Driver）。它是一个允许计算机软件（Computer Software）与硬件（Hardware）交互的程序。这种程序建立了一个硬件与硬件，或硬件与软件沟通的界面。驱动程序可以是8位、16位、32位，64位。
🏆设备驱动程序的作用
设备驱动程序是一种可以使计算机与设备进行通信的特殊程序，可以说相当于硬件的接口。操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。
🏆设备驱动的分类
计算机系统的主要硬件由CPU、存储器和外部设备组成。驱动程序的对象一般是存储器和外部设备。驱动程序支持CPU中的嵌入控制器。Linux将这些设备分为3大类，分别是字符设备、块设备、网络设备。
1．字符设备
字符设备是指那些能一个字节一个字节读取数据的设备，如LED灯、键盘、鼠标等。字符设备一般需要在驱动层实现open()、close()、read()、write()、ioctl()等函数。这些函数最终将被文件系统中的相关函数调用。字符设备文件与普通文件差别之处是字符设备一般不支持寻址。
2．块设备
块设备与字符设备类似，一般是像磁盘一样的设备。在块设备中还可以容纳文件系统，并存贮大量的信息。在Linux系统中，进行块设备读写时，每次只能传输一个或者多个块。Linux可以让应用程序像访问字符设备一样访问块设备，一次只读取一个字节。所以块设备从本质上更像一个字符设备的扩展，块设备能完成更多的工作，例如传输一块数据。
综合来说，块设备比字符设备要求更复杂的数据结构来描述，其内部实现也是不一样的。所以，在Linux内核中，与字符驱动程序相比，块设备驱动程序具有完全不同的API接口。
3．网络设备
计算机连接到互联网上需要一个网络设备，网络设备主要负责主机之间的数据交换。与字符设备和块设备完全不同，网络设备主要是面向数据包的接收和发送而设计的。网络设备在Linux操作系统中是一种非常特殊的设备，其没有实现类似块设备和字符设备的read()、write()、ioctl()等函数。网络设备实现了一种套接字接口，任何网络数据传输都可以通过套接字来完成。
🏆Linux操作系统与驱动的关系
系统调用层是内核空间和用户空间的接口层。通过这个系统调用层，应用程序不需要直接访问内核空间的程序，增加了内核的安全性。同时，应用程序也不能访问硬件设备，只能通过系统调用层来访问硬件设备。如果应用程序需要访问硬件设备，那么应用程序先访问系统调用层，由系统调用层去访问内核层的设备驱动程序。这样的设计，保证了各个模块的功能独立性，也保证了系统的安全。
系统调用层依赖内核空间的各个模块来实现。在Linux内核中，包含很多实现具体功能的模块。这些模块包括文件系统、网络协议栈、设备驱动、内核调度、内存管理、进程管理等，都属于系统内核空间。
最底层是硬件层，这一层是实际硬件设备的抽象。设备驱动程序的功能就是驱动这一层硬件。设备驱动程序可以工作在有操作系统的情况下，也可以工作在没有操作系统的情况下。如果只需要实现一些简单的控制设备的操作，那么可以不使用操作系统。如果嵌入式系统完成的功能比较复杂，则往往需要操作系统来帮忙。大多数操作系统都具有多任务的特性，所以对于设备驱动程序来说，应该充分考虑并发、阻塞等问题。
