QNX相关历史文章：

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• QNX Neutrino微内核
• QNX IPC机制
• QNX进程管理器
• QNX资源管理器

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：

Device I/O in the QNX Neutrino RTOS

• 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：

Conditions for satisfying an input request

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。