第27章 汇编语言--- 设备驱动开发基础

汇编语言是低级编程语言的一种，它与特定的计算机架构精密相干。在设备驱动开发中，汇编语言偶然用于编写性能关键的部分或直接操作硬件，由于它是靠近机器语言的代码，可以提供对硬件寄存器和指令集的直接访问。
要展开源代码详细叙述第27章的内容，我需要具体的源代码例子来讨论。由于您没有提供具体册本、上下文或源代码片断，我将创建一个假设性的例子来解释如何使用汇编语言进行设备驱动开发的基础知识。
假设我们正在编写一个简单的设备驱动程序，用于控制一个并行端口（如打印机端口）。以下是一个简化了的伪代码示例，演示了如何用汇编语言写入并行端口：

1. ; 定义并行端口的基地址
2. BASE_ADDRESS EQU 0x378
4. ; 数据寄存器偏移量
5. DATA_PORT EQU BASE_ADDRESS + 0
6. STATUS_PORT EQU BASE_ADDRESS + 1
7. CONTROL_PORT EQU BASE_ADDRESS + 2
9. section .text
10. global _start
12. _start:
13.     ; 假设我们要向数据端口发送一个字节的数据
14.     mov al, 0xFF      ; 将要发送的数据加载到AL寄存器
15.     out DATA_PORT, al ; 发送数据到并行端口的数据寄存器
17.     ; 设置控制信号 (例如选通脉冲)
18.     in al, CONTROL_PORT   ; 从控制端口读取当前状态
19.     or al, 0x01          ; 设置选通位
20.     out CONTROL_PORT, al ; 写回控制端口
22.     ; 等待一段时间让设备处理数据
23.     call delay           ; 调用延时子程序
25.     ; 清除选通脉冲
26.     in al, CONTROL_PORT  ; 读取控制端口状态
27.     and al, ~0x01        ; 清除选通位
28.     out CONTROL_PORT, al ; 写回控制端口
30. delay:
31.     ; 实现一个简单的延时循环
32.     push cx              ; 保存CX寄存器的值
33.     mov cx, 0xFFFF       ; 设置较大的计数值
34. delay_loop:
35.     loop delay_loop      ; CX递减直到为零
36.     pop cx               ; 恢复CX寄存器的值
37.     ret                  ; 返回调用处

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请留意，这只是一个非常基础的例子，实际的设备驱动程序会复杂得多，而且可能涉及中断处置惩罚、错误查抄、多线程支持等功能。别的，在当代操作系统中，直接编写汇编语言的设备驱动并不常见；大多数情况下，设备驱动是由C或C++等高级语言编写，而且只在须要时包罗内联汇编代码。
固然，如果您盼望进一步探究设备驱动开发或者汇编语言的使用，您可以指定您感兴趣的具体方面，比如：

• 汇编语言中的特定指令或概念
  
• 设备驱动开发的某个具体部分（如初始化、中断处置惩罚、内存管理等）
  
• 某个特定硬件设备的驱动程序编写
  
• 高级特性，如DMA（直接内存访问）编程
  
• 与操作系统交互的方式
  

由于您提到“继续追加”，但没有具体说明想要了解的内容，我将假设您想了解更多关于设备驱动开发中的一些高级话题。下面我会简单介绍几个关键概念：
初始化和配置

在设备驱动中，初始化过程黑白常重要的。它通常包罗以下步骤：

• 检测并识别硬件的存在。
  
• 配置硬件资源，比方I/O端口、内存映射区域、IRQ线。
  
• 设置初始状态，比方重置设备或加载默认配置。
  

1. ; 假设我们要初始化一个简单的串行端口
2. init_serial:
3.     ; 禁用串行端口的中断
4.     in al, CONTROL_PORT
5.     and al, ~0x01        ; 清除中断使能位
6.     out CONTROL_PORT, al
8.     ; 设置波特率 (简化示例)
9.     mov dx, LINE_CONTROL_PORT
10.     mov al, 0x80         ; 设置为允许修改除数寄存器
11.     out dx, al
13.     mov dx, DIVISOR_LSB_PORT
14.     mov al, LOW_BYTE_OF_DIVISOR ; 设置除数低字节
15.     out dx, al
17.     inc dx               ; 移动到高字节端口
18.     mov al, HIGH_BYTE_OF_DIVISOR ; 设置除数高字节
19.     out dx, al
21.     ; 配置线路控制寄存器 (数据位、停止位、校验位等)
22.     mov dx, LINE_CONTROL_PORT
23.     mov al, DATA_BITS | STOP_BITS | PARITY_BIT
24.     out dx, al
26.     ret

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中断处置惩罚

设备驱动程序常常需要处置惩罚来自硬件的中断。当设备完成操作或发生错误时，它会触发一个中断请求(IRQ)，然后操作系统会调用相应的中断服务程序(ISR)来响应。

1. interrupt_handler:
2.     push ax              ; 保护AX寄存器
4.     ; 处理中断逻辑...
5.    
6.     ; 发送结束中断信号给PIC（可编程中断控制器）
7.     mov al, 0x20
8.     out 0x20, al
10.     pop ax               ; 恢复AX寄存器
11.     iret                 ; 返回从中断处

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内存管理和DMA

对于更复杂的设备，可能需要直接受理内存或使用DMA进行高效的数据传输。这涉及到分配和释放内存缓冲区，以及配置DMA控制器来自动从内存传输数据到设备或反之。
与操作系统交互

设备驱动程序通常需要与操作系统内核进行交互，以注册自身、获取系统资源和服务、同步多使命情况下的访问等。这一般通过操作系统提供的API函数完成，而这些函数通常是用C语言编写的，而且在须要时可以包罗内联汇编代码。
看起来您盼望继续深入探究设备驱动开发的基础和高级主题。为了提供更具体和有用的信息，我将逐步介绍一些关键概念，并给出更多具体的例子。如果您有特定的硬件或操作系统情况，或者对某个方面特别感兴趣，请告诉我，这样我可以集中讨论那些话题。
内存映射I/O与端口I/O

在设备驱动中，与硬件通讯有两种主要方式：内存映射I/O（Memory-Mapped I/O, MMIO）和端口I/O（Port I/O）。MMIO答应CPU通过读写特定地址范围内的内存来访问设备寄存器，而端口I/O则使用特别的指令（如in和out）来访问独立于内存空间的I/O端口。
内存映射I/O 示例

1. section .data
2.     mmio_base dd 0x80000000 ; 假设这是设备的基地址
4. section .text
5. global _start
7. _start:
8.     ; 写入一个值到设备的控制寄存器 (假设偏移量为0x10)
9.     mov eax, [mmio_base]
10.     add eax, 0x10
11.     mov dword [eax], 0xdeadbeef ; 写入控制命令
13.     ; 从状态寄存器读取 (假设偏移量为0x20)
14.     mov eax, [mmio_base]
15.     add eax, 0x20
16.     mov ebx, [eax]            ; 读取状态

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端口I/O 示例

1. ; 假设我们正在操作一个简单的并行端口
2. BASE_ADDRESS EQU 0x378
4. section .text
5. global _start
7. _start:
8.     ; 发送数据到并行端口的数据端口
9.     mov al, 0xFF      ; 数据字节
10.     out BASE_ADDRESS, al ; 写入数据端口
12.     ; 读取状态端口的状态
13.     in al, BASE_ADDRESS + 1 ; 读取状态端口

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中断处置惩罚程序 (ISR)

中断服务例程是当硬件发出中断信号时执行的一段代码。编写ISR需要警惕，由于它们必须快速执行而且不能壅闭其他使命。

1. interrupt_handler:
2.     pushad                  ; 保存所有通用寄存器
4.     ; 这里可以添加实际的中断处理逻辑
5.     ; ...
7.     ; 向PIC发送结束中断命令
8.     mov al, 0x20
9.     out 0x20, al
11.     popad                   ; 恢复所有通用寄存器
12.     iret                    ; 返回从中断处

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设备驱动中的同步机制

在多使命情况中，多个线程可能会尝试同时访问相同的硬件资源。为了克制辩论，驱动程序通常会使用同步机制，比方自旋锁、信号量或互斥锁。
自旋锁示例

1. // C语言中的自旋锁实现
2. volatile int spinlock = 0;
4. void acquire_spinlock() {
5.     while (__sync_lock_test_and_set(&spinlock, 1)) {
6.         // 如果锁已经被占用，则等待
7.     }
8. }
10. void release_spinlock() {
11.     __sync_lock_release(&spinlock);
12. }

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设备驱动的卸载

当不再需要设备驱动时，应该精确地卸载它，释放所有分配的资源，并确保不会留下任何残留影响。

1. void driver_unload() {
2.     // 取消注册中断处理程序
3.     // 释放分配的内存和其他资源
4.     // 关闭设备或将其重置到安全状态
5. }

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高级特性：DMA编程

直接内存访问（DMA）答应外设直接与系统内存交换数据，而不需经过CPU。这提高了性能，但要求仔细配置DMA控制器。

1. struct dma_descriptor {
2.     unsigned int src_addr;
3.     unsigned int dst_addr;
4.     unsigned int size;
5.     unsigned int control;
6. };
8. void setup_dma(struct dma_descriptor *desc) {
9.     // 设置源地址、目标地址、传输大小等参数
10.     desc->src_addr = /* ... */;
11.     desc->dst_addr = /* ... */;
12.     desc->size = /* ... */;
13.     desc->control = /* 控制位设置 */;
15.     // 触发DMA传输
16.     /* ... */
17. }

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这些只是设备驱动开发中的一些基础和高级概念。
盼望这些信息对您有所帮助！

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