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原文作者：corbet

原文时间：2007年5月2日

用户空间驱动这个概念已经有很长时间了，这一次有一个补丁版本已经提交到了Linux2.6.22，这个版本的补丁就是UIO。【因为用户空间驱动的接口已经发生一些改变，需要重新讨论一下。】

和前面几个版本补丁一样，UIO并没有完全消除内核态代码。这部份内核代码实现了一个非常精简的内核模块，主要功能包括：设备的设置，PCI配置空间的访问，中断处理函数的注册。UIO框架下的中断处理过程分为内核态和用户态两部分：内核态部分非常精简主要用于设备的中断确认；用户态部分完成后面主体工作。

UIO驱动中内核态部分的编程要用到<linux/uio_driver.h>头文件。如果是PCI设备，内核驱动模块需要按照常规方法将自己注册成标准PCI驱动，并通过PCI驱动的probe()调用过程，对uio_info数据结构进行初始化：

    /*描述映射到用户空间的IO memory区*/struct uio_mem {/*我认为addr是地址描述，具体的地址类型参见memtype*/unsigned long addr;unsigned long size;/*三种类型：*   UIO_MEM_PHY,   物理地址 *   UIO_MEM_LOGICAL,  内核逻辑地址，通常是kmalloc分配的*   UIO_MEM_VIRTUAL   内核虚拟地址，通常是vmalloc_user分配的*/int memtype;/*internal_addr是ioremap返回的内核态虚拟地址*/void __iomem *internal_addr; /* ... */};struct uio_info {/*驱动名字和版本号，可以通过sysfs文件系统访问到*/char			*name;char			*version; struct uio_mem	mem[MAX_UIO_MAPS];/*中断号*/long			irq;/*传递给request_irq的标志*/unsigned long	irq_flags;void			*priv;/*handler主要是进行中断确认*/irqreturn_t (*handler)(int irq, struct uio_info *dev_info);int (*mmap)(struct uio_info *info, struct vm_area_struct *vma);int (*open)(struct uio_info *info, struct inode *inode);int (*release)(struct uio_info *info, struct inode *inode);/* Internal stuff omitted */};

一旦uio_info和uio_mem结构体定义好了，驱动模块的probe()函数要调用下面注册函数：

int uio_register_device(struct device *parent, struct uio_info *info);

注册函数中的parent指针可以直接指向pci_dev->dev，即PCI设备的标准设备结构体。当卸载内核模块的精简驱动时，驱动模块的remove()函数要调用下面注销函数：

void uio_unregister_device(struct uio_info *info);

另外还有一个通告函数，用于当事件发生时通知UIO核心层【我们有时候又成为协议层，或者框架层】。虽然真实中断发生时并不调用这个通告函数，但uio_event_notify()可以用于在某些情况下模拟中断。

void uio_event_notify(struct uio_info *info);

从用户空间来看，第一个UIO驱动的设备结点为/dev/uio0。用户空间驱动程序首先要open这个设备结点；然后读该设备获取一个整型返回值，这个返回值就是设备的中断计数器数值；如果这个读操作被阻塞，那就说明自从上一次读完成一来一直没有发生中断。文件描述符也可以传递给poll()函数【UIO的读操作是支持POLL机制的】。

内核驱动部分描述的IO memory区域通过mmap()调用映射到用户空间。这个接口有些奇怪：如果想映射第N块内存区域，输入参数offset应该是页长度的N倍。例如，在页长度为4KB的系统中，第一个内存区域的offset为0，第二个内存区域的offset为4096，后面以此类推。Once that is figured out, though, everything is pretty straightward【一旦上面的内容搞定，一切都水到渠成】。

下面我们讨论UIO的局限性。UIO的内核驱动部分仅仅实现了字符驱动；还没有提供块设备驱动或者网络设备驱动。用户空间不可能实现DMA操作。但是对于那些使用PIO操作和中断处理的驱动来说，所有必要的代码都已经准备好了。UIO补丁代码中还实现了一个驱动的例子。Thomas Gleixner介绍，UIO最初的补丁实现了68个ioctl命令，代码超过了5000行。相关的用户空间代码也超过了3000行。最新的补丁在内核态只有156行代码，用户态只有3000行代码。

Andrew Morton对UIO补丁还是保留了自己的意见：

我对整个UIO思想还有点犹豫。我们其实是鼓励大家将设备驱动开源，并移植到内核态；而不是鼓励大家将自己的驱动程序闭源....

作者回答道：it's not really about doing proprietary drivers, though some of that will undoubtedly go on.还是有很多人，尤其是嵌入式领域，基于原型设计目的，希望在用户空间实现驱动程序。UIO可以帮助他们按照标准的方式去实现用户态驱动，而不是让他们自由发挥在内核创造自己的钩UIO很可能会合并到Linux2.6.22中。