一、驱动的概念

设备驱动程序（Device Driver），简称驱动程序、驱动（Driver），指操作系统中用来操控硬件的代码。

驱动是硬件与操作系统之间的接口，操作系统只有通过这个接口才能控制硬件设备的工作，因此驱动程序被誉为“硬件的灵魂”、“硬件的主宰”和“硬件和系统之间的桥梁”等。

二、驱动的层次与框架

1、驱动的层次

Linux的体系架构体现着分层的思想。对于驱动层，它上面是系统调用，下面是硬件层。

2、驱动的框架

驱动本身也是分层的，这体现为驱动的框架。内核驱动维护者往往为同类的设备设计了一个框架，框架的核心层实现了该设备通用的一些功能，而具体的底层操作留给驱动工程师去实现。更多描述见博文：什么是驱动框架？_天糊土的博客-CSDN博客。

三、驱动的模块化设计

1、宏内核与微内核

（1）宏内核的含义

将内核从整体上作为一个大过程实现，并同时运行在一个单独的地址空间。

所有的内核服务都在一个地址空间运行，相互之间直接调用函数，简单高效。

（2）微内核的含义

功能被划分成独立的过程，过程间通过IPC进行通信。

模块化程度高，一个服务失效不会影响另外一个服务。

典型如windows。

2、Linux的宏、微内核属性

Linux本质是宏内核，但是吸收了微内核的模块化特性，体现在以下方面：

（1）静态模块化

在编译时可进行配置，以达到功能裁剪的目的，但是想要功能裁剪改变必须重新编译。

（2）动态模块化

不需要重新编译与烧录内核源码镜像，甚至可以不关机重启，就能实现模块的安装与卸载。

四、驱动分类

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。根据这些设备本身读写操作的特征差异，驱动分为以下三类：

1、字符设备驱动

字符设备，或者说“字节设备”，指的是以字节为单位进行操作的设备。

多数的设备属于字符设备，如LCD、串口、LED、蜂鸣器、触摸屏、鼠标、键盘等等。

内核为每个字符设备设计了一个文件（叫做字符设备文件），表现为/dev/xxx。对字符设备文件的操作，会映射为对字符设备的操作。

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。

2、块设备驱动

块设备是相对于字符设备定义的，块设备被软件操作时是以块为单位的。

设备的块大小是设备本身设计时定义好的，软件不能更改，不同设备的块大小可以不一样。

常见的块设备都是存储类设备，如硬盘、iNand、SD等等。

3、网络设备驱动

Linux中网络设备驱动主要目的是为了支持API中socket相关函数的工作。

五、驱动程序的安全性要求

1、驱动对内核的影响

驱动是内核的一部分，而且是内核中最庞大的组成部分。内核以函数调用的方式调用驱动代码，驱动代码崩溃甚至会导致内核崩溃，驱动的效率会影响内核的整体效率，驱动的漏洞会造成内核安全漏洞。

2、常见驱动安全性问题

（1）未初始化指针

（2）恶意用户程序

（3）缓冲区溢出

（4）竞争状态

六、驱动开发与应用开发的差异

1、内核及驱动程序开发时不能访问C库。因为C库是使用内核中的系统调用来实现的，而且是在用户空间实现的。

2、内核及驱动程序开发时必须使用GNU C，因为Linux从一开始就使用GNU C。

3、内核支持异步终端、抢占和SMP，故必须注意同步和并发。

4、内核只有一个很小的定长堆栈。

5、内核及驱动程序开发时缺乏像用户空间那样的内存保护机制。

6、内核及驱动程序开发时浮点数很难使用，应该使用整形数。

7、内核及驱动程序开发要考虑可移植性。

七、驱动学习方法

1、基础积累

（1）熟悉C语言。

（2）对芯片手册上描述的接口设备有清楚的认识。比如SRAM、Flash、UART、IIC、USB等。

（3）掌握系统编程，比如多任务程序设计。

2、驱动学习阶段

（1）注重实践，一步一步写驱动。

（2）培养框架思维，多考虑整体和上下层。

（3）通过简单设备学Linux驱动框架。

（4）学会总结、记录，这会有助于理解。