Struttura e funzionamento di un Driver

Vanore C. Perusi D. Carpentieri M.
4F
17/04/07
I Driver
In informatica, è detto driver l'insieme di procedure, spesso scritte in assembly, che permette
ad un sistema operativo di pilotare un dispositivo hardware. Il driver permette al sistema
operativo di utilizzare l'hardware senza sapere come esso funzioni, ma dialogandoci attraverso
un'interfaccia standard, i registri del controllore della periferica, che astrae
dall'implementazione dell'hardware e che ne considera solo il funzionamento logico. In
questo modo hardware diverso costruito da produttori diversi può essere utilizzato in modo
intercambiabile.
Ne consegue che un driver è specifico sia dal punto di vista dell'hardware che pilota, sia dal
punto di vista del sistema operativo per cui è scritto. Non è possibile utilizzare driver scritti per
un sistema operativo su uno differente, perché l'interfaccia è generalmente diversa.
Il driver è scritto solitamente dal produttore del dispositivo hardware, dato che è necessaria
un'approfondita conoscenza dell'hardware per poter scrivere un driver funzionante. A volte, i
driver vengono scritti da terze parti sulla base della documentazione tecnica rilasciata dal
produttore, se questa è disponibile.
Tipi di Driver
Esistono driver di molti tipi, a secondo del tipo di hardware che devono pilotare e soprattutto
del sistema operativo su cui devono girare.
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Nei sistemi embedded, in cui tutto il software è un unico programma compilato e
caricato in ROM, il driver non è altro che una routine del programma che si interfaccia
con l'hardware da pilotare.
In maniera analoga, nei sistemi operativi con kernel monolitico, il driver è un modulo
compilato insieme al kernel. Pertanto, non è possibile aggiungere una periferica nuova
senza ricompilare il kernel.
Nei sistemi operativi a microkernel, il driver è un file binario che viene caricato
dinamicamente dal kernel. In questo caso è possibile aggiungere una nuova periferica
e il kernel dovrà semplicemente caricare il file del driver opportuno.
Struttura e funzionamento di un
Driver
Ogni driver deve risolvere il problema della mutua esclusione garantendo ad un solo processo
(specie se il sistema è multiprocessore) l'accesso esclusivo alla periferica in ogni istante. A
seconda di quanti processi potranno interagire direttamente con la periferica, può essere
necessario introdurre un driver virtualizzato. Infatti, se ogni processo può agire sulla periferica
in maniera indipendente dagli altri (si pensi ad un masterizzatore in fase di scrittura), fermo
restando l'ipotesi di accesso esclusivo, si introduce un driver virtualizzato composto dai
seguenti elementi:
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Procedura di acquisizione
Procedura/e d'uso
Procedura di rilascio
Prima di chiamare le procedure d'uso, il processo deve acquisire l'uso esclusivo della
periferica, e alla fine deve rilasciare la stessa agli altri processi. Il modello di sincronizzazione
delle procedure d'uso è quello dei semafori inizializzati a rosso. Le procedure di acquisizione e
rilascio, viceversa, sono le wait e signal di un semaforo virtuale associato alla periferica tale da
garantire la mutua esclusione.
Le procedure d'uso, come già accennato, seguono il modello dei semafori sempre rossi.
Questo perché, data l'enorme differenza di velocità tra la CPU e la periferica, è necessario che
il processo attenda la sincronizzazione delle operazioni con la periferica. Ciò avviene mediante
gli interrupt
Il driver fisico opera sui registri del controllore della periferica, in particolare su tre tipi registri
fondamentali:
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Registro di controllo
Registro di stato
Registro dati
Il primo è un registro in sola scrittura: il driver inserisce i dati relativi all'operazione richiesta.
Solitamente è presente un bit di attivazione, impostato ad 1 alla fine del caricamento dei
registri (quando cioè la periferica è pronta a partire), e azzerato dalla periferica al termine delle
operazioni. Il registro di stato è un registro in sola lettura: al termine delle operazioni, la prima
cosa da fare è verificare che la periferica non abbia restituito condizioni di errore. Il registro
dati è un registro che può essere usato sia in lettura che in scrittura dalla CPU, in quanto viene
usato per caricare i parametri di ingresso dell'operazione (es. che traccia leggere da disco) e
può venire usato per leggere il risultato dell'operazione. Si noti che al posto di un unico
registro dati può esistere una batteria di registri dati, il cui uso è documentato nel driver.