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1. Introduction
对于实时操作系统来说,高性能的字符I/O都是必不可少的。在PC硬件中,典型的字符设备有:
- 串口
- 并口
- 文本模式控制台
- 伪终端
程序可以通过标准的接口open()/close()/read()/write()
等来访问设备。
在QNX中,提供了io-char
库来支持不同的字符设备,最大化代码重用。
The io-char module is implemented as a library
io-char
库,包含了对设备操作的POSIX接口支持,此外也包含了一些额外的在实时系统中需要的I/O功能。io-char
库是一个共用库,这些字符设备的驱动都会继承这些功能。
2. Driver/io-char communication
io-char
库管理着应用程序和字符设备驱动之间的数据流,每一个字符设备都会对应几个内存队列,这些队列都会采用FIFO
的机制来工作:
- 接收的数据会被存放到
raw input
队列中,当应用程序请求数据时,会通过io-char
来取数据。在驱动的中断处理函数中,会调用io-char
中的可靠例程来将硬件数据添加到队列中。 -
io-char
会将输出数据发送到output
队列中,并调用驱动程序中的可靠例程来将数据发送至硬件设备。当output
队列满时,io-char
的写操作会被阻塞。 -
canonical
队列用于接收时的处理模式下,这个队列的大小决定了每次能处理的最大输入行的大小。 - 队列的大小都可配。
3. Device control
底层设备的控制都是通过devctl()
接口来实现的,基于devctl()
有一系列的POSIX终端控制接口:
- tcgetattr(),获取终端属性
- tcsetattr(),设置终端属性
- tcgetpgrp(),获取终端进程组leader进程的ID
- tcsetpgrp(),设置终端进程组leader进程的ID
- tcsendbreak(),发送中断条件
- tcflow(),暂停或重新启动数据传输/接收
此外,QNX还实现了一些扩展接口:
- tcdropline(),发起一个断开连接
- tcinject(),将字符加入到
canonical
缓冲
4. Input modes
每个设备都能工作在raw
或者edited
模式下。
4.1 Raw input mode
在raw
模式下,io-char
不对数据进行编辑,这个对读取数据来说,能提供最高的性能,串口通信就是一个例子。
当应用程序请求从设备读取数据时,需要满足某些条件,否则驱动不会返回数据给应用程序。如下图:
4.2 Edited input mode
在编辑模式下,io-char
会对每个接收的字符进行line-editing
处理。行代表已经完成了输入,通常是在接收到回车(CR
)后表示一行结束。这个允许一次对一行数据进行处理,而不是去检查每个收到的字符。
raw
输入模式下,驱动只有在满足某些条件下才会去调度运行,而在edited
模式下,中断处理会在接收到每个字符下都去调度驱动去响应。
5. Device subsystem performance
在设备子系统的事件流中,为了在raw
模式下最小化开销和最大化吞吐量,使用了以下规则:
- 中断处理程序直接将接受数据放置到内存队列中。只有当一个读操作处于挂起状态,并且该读操作能被满足时,中断处理程序才会调度驱动程序运行。在其他情况下,中断程序只是返回。
- 当一个读操作被满足时,驱动程序直接从
raw input
队列中将数据拷贝至应用程序的缓冲区中,数据只拷贝一次。
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