塊設備驅(qū)動程序介紹

塊設備驅(qū)動程序Linux0.11內(nèi)核包含3個塊設備的驅(qū)動：ramdisk，硬盤，軟盤。首先需要注意的塊設備的操作方式：在系統(tǒng)（內(nèi)核）與硬盤進行IO操作時，需要考慮三個對象之間的交互作用。它們是系統(tǒng)、控制器和驅(qū)動器（例如硬盤或軟盤驅(qū)動器）。系統(tǒng)可以直接向控制器發(fā)送命令或等待控制器發(fā)出中斷請求：控制器在接受到命令后就會控制驅(qū)動器的操作，讀/寫數(shù)據(jù)或者進行其他操作。因此我們可以把這里控制器發(fā)出的中斷信號看作是這三者之間的同步操作信號，所經(jīng)歷的操作步驟為：首先系統(tǒng)指明控制器在執(zhí)行命令結(jié)束而引發(fā)的中斷過程中應該調(diào)用的C函數(shù)，然后向塊設備控制器發(fā)送讀、寫、復位或其他操作命令。當控制器完成了指定的命令，會發(fā)出中斷請求信號，引發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行塊設備的中斷處理過程，并在其中調(diào)用指定的C函數(shù)對讀/寫或其他命令進行命令結(jié)束后的處理工作。塊設備表項和請求項數(shù)組構(gòu)成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是塊設備部分的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。請求隊列數(shù)組與塊設備結(jié)構(gòu)為如下關系請求項數(shù)組存放所有系統(tǒng)中對塊設備的請求，原因估計是塊設備一般都是低速外設，所以處理時間較長，來不及的請求先存儲起來。每個塊設備表項的current_request指向當前需要處理的請求項數(shù)組中的請求項，在請求項數(shù)組中的請求項之間用指針相鏈接，這樣就構(gòu)成了對某一設備的請求隊列。僅下面惡分唉析增ll熟_r粉w_椒bl蹈k.教c芒程序涼，它饅是塊導設備隙（軟晴硬盤父，直ra咽md呢is拐k浴）與艇緩沖將管理零之間芽的接稻口程慧序，逼主要互功能專是為歇塊設下備創(chuàng)估建塊轟設備形讀寫挨請求南項，匆并插腿入到銹指定病塊設禮備請姑求隊秧列中西。實告際的跌讀寫憐操作派由請陳求項祖處理巷函無數(shù)肅re傷qu吧es伐t_孔f父n鵲完成故。肅re用q奶ue粘st裁_f州n蹲通低過擇bl軟k.嗓h裹的宏念定義獸映射筋到實厲際設通備的魄操作免（傍do盲_h戒d_芒re灰qu透es聯(lián)t括，刺do覽_f辟d_黑re默qu臘es農(nóng)t徑，蜻do俗_r沉d_隊re類qu值es筑t添）點ll婆_r免w_帝bl撿oc叉k伙調(diào)用策序列傘如上渠圖芽，問ll痛_r浸w_滋bl窄oc掉k景程序迅為左燈半邊姻圖，好作用牽是往派請求歸項鏈友表中往插入灘請求明項，征插完兇后調(diào)攪用程re福qu雨es乒t_竄fn董(辣)佛會引畝發(fā)中攀斷逐君個處寸理某介設備枕的所梁有請?zhí)箜椪?。插剛?cè)胝埡羟箜椏檬抢⒂秒娋G梯算波法插掙入到攏對應茫某個賊設備冊的請你求鏈區(qū)表中愧。甩對于灰硬盤節(jié)，首他先涉持及的外是硬濃盤的獅知識作，悠0.避1屈1晴內(nèi)核澡支持商的高是飄A劍T汁硬盤任。秤硬盤痛的仿分區(qū)嚷結(jié)構(gòu)懼如下謠：陵與代澤碼聯(lián)碌系較雪緊密允的是綁主引杏導記氏錄的匆分區(qū)附表，蜻內(nèi)核嗚中礙pa金rt網(wǎng)it怨io形n忌結(jié)構(gòu)誤完全翁對應業(yè)了分掠區(qū)表拐的字劉段。勢硬盤姓參數(shù)襯及富類型駐（減Li不nu鼻x0悟.1淺1厲只支壽持最籠多兩蜻個硬記盤）免hd序_i握nf貫o禾錫0兼1干hd村_i速_s個tr攝uc哨t{幕磁頭魚數(shù)享每磁東道扇獨區(qū)數(shù)疊柱面縱數(shù)道寫前野預補遵償柱廣面號重磁頭訓著陸匠柱面印號愉控制蕩字節(jié)}要硬盤沫分區(qū)豪結(jié)構(gòu)執(zhí)（構(gòu)0櫻，宜5踐代表尸第可1嘴，芝第摘2私個硬本盤至，根1~籮4般，豎6~纏9候為兩球硬盤面的分卸區(qū)跡）及0除1眨2溪3統(tǒng)4割5每6顧7彈8攝9旨hd疼_s枕tr每uc傾t{怎物理亡起始嗎扇區(qū)惹號揭分者區(qū)超扇區(qū)鳥數(shù)}見sy梳s_斥se刊tu考p匙函數(shù)輝在系嶄統(tǒng)初譜始化趁時被船調(diào)用背，以薦下為片其步橫驟：從從0x90080讀入setup.s創(chuàng)建的硬盤參數(shù)表設置硬盤起始扇區(qū)號和扇區(qū)總數(shù)通過讀取CMOS信息的方法重新確定系統(tǒng)中硬盤數(shù)和扇區(qū)信息通過bread讀取硬盤主引導記錄分區(qū)表讀入每個硬盤分區(qū)信息加載（創(chuàng)建）RAMDISKrd_load()安裝根文件系統(tǒng)mount_root()奶硬盤申操作葉的核逝心函抓數(shù)娃是猴do惜_h磚d_向re刻qu雹es皇t貨函數(shù)絮，曠hd慚.馳c歷中其錄余函縣數(shù)均顆為其嶺服務怕。以泛下沙為找do完_h延d_島re澆qu圖es衣t催流程檢查請求合法性檢查請求合法性換算硬盤的扇區(qū)號、柱面號和磁道號若要執(zhí)行復位硬盤，則復位硬盤若重新校正標志置位，則重新校正硬盤若當前請求是寫扇區(qū)命令，循環(huán)讀取狀態(tài)寄存器看是否就緒若規(guī)定時間（次數(shù)）內(nèi)讀取成功，發(fā)送1個扇區(qū)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器，否則寫盤失敗，去處理下一個硬盤請求若當前請求是讀扇區(qū)命令，發(fā)送讀扇區(qū)命令豐詳炊見綱p1產(chǎn)3偽7就解釋害和特p1乏3豆8麻圖縱6-揚3茄下面圈分析去硬盤悅驅(qū)動耍程泥序稀li制nu摩x/縱ke腫rn家el嫂/b絮lk環(huán)_d蔑rv娛/h季d.鴉c騎該文仗件內(nèi)基容分松兩部誦分忙1衰.雀硬盤慰初始補化出2幼.智硬盤忘驅(qū)動總以下民關注爬硬盤易驅(qū)風動的饑實現(xiàn)帶。塔其主朝流程久是機do刮_h罷d_跪re倦qu欠es遼t家，由拒于該敵流程撒也在爬中斷何中被到調(diào)用壇，所寺以該贊函數(shù)戰(zhàn)被反甩復調(diào)殺用，那用來奸處理豆硬盤霧復位越、重三校、率讀、繭寫的村請求村。下伶面分張三部嗓分對南該函辛數(shù)拆趙解：遙復位往、重基校統(tǒng)喪稱為埋錯誤鄉(xiāng)處理燭（因國為復儉位流異程保敲含了桿重校資流程加）墳2呈.徑寫警盤春3殘.饑讀盤并錯誤節(jié)流程碑處理皂：1.1.若reset置1，置重校標志。2.診斷復位硬盤控制器3.向硬盤控制器發(fā)送命令塊（重建參數(shù)）4.中斷指針do_hd指向硬盤重校函數(shù)時間監(jiān)測硬盤執(zhí)行命令后的狀態(tài)，1.若出錯看是否超出最多允許出錯數(shù)，則結(jié)束對該請求項的處理，若出錯數(shù)大于最多允許錯誤數(shù)一半，則置reset=12.不出錯則繼續(xù)處理硬盤請求do_hd_requestCPU硬盤控制器復位硬盤控制器中斷過程喂對于泥結(jié)束這對該筒請求陽項的夾處理躺見綠bl鄭k.鋒h湊p1被36散e蟲nd屬_r瑞eq因ue慰s搏t本函數(shù)跨，執(zhí)飛行流擇程為股：關閉設備關閉設備置當前處理中的請求設備對應緩沖區(qū)更新標志若更新標志為0，顯示出錯信息喚醒等待該請求項的進程，喚醒等待請求的進程釋放該請求項，指向下一請求項福錯誤助處理盾流程狡屬于煩輔助公流程稼，每迫次起處理辰讀、羽寫請摘求都蹦可能毯會經(jīng)圖歷，曉是滋保疾證操減作成黃功的飛必要虹步驟甲。喪中斷底過程導是由而硬盤姥控制孝器觸憐發(fā)的史中斷批引起源的，塌中斷房會傳歌入陷82哄5盛9宵中斷削控制承器再叉?zhèn)髹櫧o酸CP習U星，操哭作系脊統(tǒng)會毅調(diào)疊用鴨do葡_h瞧d碌指向倉的函港數(shù)作蝶為中侵斷過幫程執(zhí)狼行。掩因此憲程序雕中擋把藏do顫_h籌d挎賦值香給某睛函數(shù)染指針獄，等謊到硬短盤控泥制器捉中斷慌被詞CP源U狼接收塔后，束中斷緒過程飾就送“防自新動著”攤執(zhí)行沸。至襖于如川何擾“寶自冷動灣”原，即最中斷赤實現(xiàn)遭原理讓，將稈在進睬程調(diào)脫度與遲系統(tǒng)共調(diào)用衡一章錫討論鉆。愛讀寫摧硬默盤的番流程憲大致美如下與：憤寫盤搖流程塞處理11.發(fā)送寫命令及扇區(qū)等命令，中斷指令do_hd同時指向?qū)懮葏^(qū)中斷函數(shù)2.循環(huán)讀取狀態(tài)寄存器信息并判斷請求服務標志DRQ_STAT是否置位3.若循環(huán)結(jié)束仍未置位，執(zhí)行錯誤處理流程。否則進行硬盤第一次寫數(shù)據(jù)時間CPU硬盤控制器1.若硬盤控制器返回錯誤信息，執(zhí)行錯誤處理流程并返回2.否則置中斷函數(shù)指針do_hd為寫硬盤函數(shù)，并向數(shù)據(jù)寄存器端口寫256字即512B，一個扇區(qū)3.若全部扇區(qū)數(shù)據(jù)已寫完，處理請求結(jié)束事宜，執(zhí)行下一硬盤請求硬盤控制器執(zhí)行寫一個扇區(qū)數(shù)據(jù)硬盤控制器執(zhí)行寫一個扇區(qū)數(shù)據(jù)中斷中斷過程…正讀盤鏡流程泳處理11.發(fā)送讀命令及扇區(qū)等命令，中斷指令do_hd同時指向?qū)懮葏^(qū)中斷函數(shù)時間CPU硬盤控制器1.若硬盤控制器返回錯誤信息，執(zhí)行錯誤處理流程并返回2.將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器口讀到請求結(jié)構(gòu)緩沖3.若所需讀出數(shù)據(jù)還未讀完，則置中斷指針do_hd為讀硬盤函數(shù)并返回，否則處理請求結(jié)束事宜，執(zhí)行下一硬盤請求硬盤控制器執(zhí)行讀一個扇區(qū)數(shù)據(jù)中斷中斷過程…醋可以蓮看出臭，寫療盤、背讀盤由流程情差別種不大哀，區(qū)泰別就四在于義寫盤膠要先慕讀狀判態(tài)寄友存器鹿信息薯并進扶行第母一次墨寫盤峽。辰下面覺分析羊軟盤怨驅(qū)動路程植序礙li臂nu巧x/家ke振rn紐el壇/b沉lk秧_d嶄rv京/f島lo摔pp旺y.鴨c禁，其養(yǎng)主流告程同奧樣妙是蓋do兼_f手d_酷re襯qu伙es趕t丹,摸與硬餃盤驅(qū)并動最撐大的汪不同給是用更到了面一些濁定時骨操作旺，詳協(xié)見乖p1裁5喬7而描述享，泥do庸_f總d_廉re仙qu訂es垂t欄同樣仿分碼為市1.藥復位緊、重吊校統(tǒng)蠅稱錯拴誤處莫理雙2.博寫屢盤雁3.掏讀燒盤錦三部重分捎錯誤蝶處理裙流程1.1.關中斷2.置重置軟盤操作后的中斷調(diào)用函數(shù)，即do_floppy指向reset_interrupt3.延遲等待后啟動軟盤控制器4.開中斷時間CPU硬盤控制器1.檢測中斷狀態(tài)，讀取命令執(zhí)行結(jié)果字節(jié)2.發(fā)送設定軟驅(qū)參數(shù)命令啟動軟盤控制器中斷中斷過程復位1.當前磁道號歸零2.置校正軟盤操作后的中斷調(diào)用函數(shù)，即do_floppy指向recal_interrrupt3.發(fā)送校正命令及參數(shù)：磁道號和驅(qū)動器號4.如復位標志被置位，繼續(xù)執(zhí)行復位流程1.檢測中斷狀態(tài)，讀取命令執(zhí)行結(jié)果字節(jié)，若異常結(jié)束，復位標志置位2.返回do_fd_request中斷過程校正設定軟盤控制器參數(shù)校正軟盤控制器中斷樓讀盤誼、寫箱盤操鳥作僅紙有細刊微差瓦別，胞并在樂一起趴分析蹦：1.1.根據(jù)請求項，置軟盤讀寫命令碼2.添加定時器，指定驅(qū)動器到能正常運行需要的時間（秒），當定時時間到時調(diào)用函數(shù)floppy_on_interrupt時間CPU硬盤控制器1.置已選擇當前驅(qū)動器標志2.設置數(shù)字輸出寄存器DOR為當前驅(qū)動器3.執(zhí)行讀寫傳輸函數(shù)transfer()定時中斷中斷過程do_fd_request1.設置當前驅(qū)動器參數(shù)，發(fā)送命令和參數(shù)2.設置指定驅(qū)動器的數(shù)據(jù)傳輸速率3.若復位標志被置位，執(zhí)行錯誤處理流程并返回4.若不需要尋道，執(zhí)行setup_rw_floppy，否則發(fā)送磁頭尋道命令及參數(shù)并置軟盤中斷指針do_floppy為seek_interrupt1.檢測中斷狀態(tài)命令，若出錯執(zhí)行錯誤處理流程否則設置當前磁道為尋道號2.執(zhí)行setup_rw_floppy中斷過程transfer設置當前驅(qū)動器設置驅(qū)動器參數(shù)中斷floppy_on