6.1 I/O系统的功能、模型和接口
L33
学习目标
设备驱动负责把寄存器细节藏起来；OpenHarmony HDF 用 HdfDriverEntry 的 Bind、Init、Release 描述驱动一生，教学版与之对齐。
- Bind：把 IO 服务挂到设备对象上，让上层能按名找到它。
- Init：真正初始化硬件；Bind 失败就不应 Init。
- Release：对称拆掉服务并释放资源，防止重复加载泄漏。
- moduleName 与设备表匹配，决定加载哪一份驱动；serviceName 是应用打开的名字。
- LOS_HAVE_HDF 打开后，设备管理器按表加载 uart 驱动。
- 应用持有的是服务，不是 GPIO 号；换引脚应改驱动/表，而不是改所有 printf。
- 多任务同时写 uart0 需要互斥，否则日志交错——这是同步章在设备上的再现。
- 输入设备和输出设备一样，先查服务再发命令，不要在应用里写死 GPIO 号。
原理 · 深入理解
6.1 I/O系统的功能、模型和接口
本节概览：先建立「I/O系统的功能、模型和接口」的框架，再依次展开下列小节。
- I/O系统的基本功能
- I/O系统的层次结构和模型
- I/O系统接口
6.1.1 I/O系统的基本功能
从设备的共享属性上，可将系统中的设备分为独占设备和共享设备两类。I/O系统应具备以下基本功能。
I/O设备类型繁多，彼此在多方面存在差异，需要不同的命令和参数。I/O系统通过对设备加以适当抽象，隐藏物理实现细节，仅向上层进程提供少量抽象的读/写命令，如read、write等。
与设备的无关性是在隐藏物理设备细节的基础上实现的。用户既可使用抽象I/O命令，也可使用抽象逻辑设备名；对OS而言，允许在不重新编译整个系统的情况下增添新的设备驱动程序，方便新I/O设备安装。
许多I/O设备相互独立、可并行操作，处理机与设备之间也能并行操作。I/O系统应让处理机快速响应I/O请求，使设备尽快运行；同时尽量减少设备运行时处理机的干预时间，以提高利用率。
对I/O设备的控制是驱动程序的功能。目前有四种控制方式：轮询可编程I/O方式、中断可编程I/O方式、直接存储器访问方式、I/O通道方式。具体采用何种方式，与设备传输速率、传输数据单位等因素有关。
独占设备：进程应互斥访问，系统一旦分配给某进程便由其独占直至释放，典型如打印机、磁带机；分配时还需考虑安全性。
共享设备：一段时间内允许多个进程同时访问，典型如磁盘，多个进程交叉读写不影响正确性。
6.1.2 I/O系统的层次结构和模型
通常把I/O软件组织成四个层次。
I/O系统包含上、下接口和I/O系统接口软件/硬件（RW/HW）接口，分层依次为：中断处理程序、设备驱动程序、设备独立性软件。
6.1.3 I/O系统接口
块设备接口是块设备管理程序与高层之间的接口，反映大部分磁盘和光盘存储器的本质特征，用于控制该类设备的输入输出。
块设备指数据存取和传输以数据块为单位的设备。该接口隐藏了磁盘地址的二维结构，并将上层发来的打开、读、写、关闭等抽象命令映射为低层操作。
现代OS都提供面向网络的功能。需要通过某种方式把计算机连接到网络上，并提供相应的网络软件和网络通信接口，使计算机能与网络上其他计算机通信或上网浏览。
流设备接口是流设备管理程序与高层之间的接口，又称字符设备接口，反映大部分字符设备的本质特征，用于控制字符设备的输入输出。
字符设备指数据存储和传输以字符为单位的设备，提供get和put操作以及in-control指令。
做 · 实验
- 根据「学习目标」列出 3 个关键词，对照原理段落解释给自己听。
- 编译 HDF UART 实验，确认输出能表明走了服务而不是纯裸机路径。
- 对照裸机串口实验的日志，列出多出来的标识或调用层次。
- 烧录 08-hdf-uart，串口有课程标识行。
I/O系统的功能、模型和接口
interrupt-path
用控件单步操作；日志区记下每一步发生了什么。
代码导读
本课在工作台编译烧录。先读 user 实验入口，再对照 kernel / HDF 中被调用的函数，不要一上来改链接脚本。
总结与提升
- 能默写 Bind/Init/Release 职责。
- 能用自己的话复述学习目标，并指出概念与板上实验的对应。
- 串口输出稳定，并能说明访问路径经过 HDF。
- 能区分 moduleName 与 serviceName。
- 按下/松开有 HDF 日志。
- 能叙述中断处理大致步骤。
- 能指出 SOWL 至少一个外设的控制路径。
- 能默写 I/O 软件分层。
延伸思考
- Bind 失败为什么不应 Init？
- 如果把本节机制拿到 Linux 或完整 OpenHarmony 上，会多出哪些硬件假设？
- 多任务写同一 uart0 要不要加锁？锁放在驱动还是应用？
- 消抖放 Dispatch 里还是任务里？