Desarrollo De Componentes Software Para El Manejo De Dispositivos (drivers). Uf1287. E-Book

Beatriz Coronado García

• Herausgeber: Clube de Autores
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 142

Veröffentlichungsjahr: 2025

Beschreibung

Puede solicitar gratuitamente las soluciones a todas las actividades en el email [email protected] Capacidades que se adquieren con este Manual: Utilizar las técnicas y estándares utilizadas en el desarrollo, distribución e implantación de manejadores de dispositivos (drivers), para la integración de periféricos en el sistema informático según especificaciones técnicas y funcionales dadas.

Leseprobe

Desarrollo de componentes software para el manejo de dispositivos (drivers). UF1287.

Autora: Beatriz Coronado García.

© EDITORIAL TUTOR FORMACIÓN

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26004 Logroño (La Rioja)

Tlf. 610687276

Email: [email protected]

Web: https://tutorformacion.es   o  https://editorial.tutorformacion.es

Edición: 2025

ISBN: 979-13-87566-24-1

Depósito legal: LR 65-2025

Reservados todos los derechos de publicación en cualquier idioma.

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Contenido

Introducción

El núcleo del sistema operativo

1.Arquitectura general del núcleo.

2.Subsistemas del núcleo.

2.1.Gestión de procesos.

2.2.Gestión de memoria.

2.3.Sistemas de ficheros.

2.4.Control de dispositivos.

2.5.Comunicaciones.

3.Aspectos de seguridad sobre el desarrollo de elementos del núcleo.

4.Consideraciones sobre compatibilidad de versiones del núcleo.

5.Prueba de autoevaluación.

Programación de controladores de dispositivo

1.Funcionamiento general de un controlador de dispositivo.

2.Principales tipos de controladores de dispositivo.

2.1.Carácter.

2.2.Bloque.

2.3.Paquete.

3.Técnicas básicas de programación de controladores de dispositivos.

3.1.Estructuras básicas de datos de dispositivos.

3.2.Gestión de errores de dispositivos.

3.3.Gestión de memoria de dispositivos.

3.4.Control de interrupciones.

3.5.Gestión de puertos de entrada y salida.

3.6.Uso de Acceso directo a memoria (DMA) y buses.

4.Técnicas de depuración y prueba.

4.1.Impresión de trazas.

4.2.Monitorización de errores.

4.3.Técnicas específicas de depuración de controladores en sistemas operativos de uso común.

4.4.Aplicación de estándares de calidad del software al desarrollo de controladores de dispositivos.

5.Compilación y carga de controladores de dispositivos.

6.Distribución de controladores de dispositivo.

7.Particularidades en el desarrollo de dispositivos en sistemas operativos de uso común.

7.1.Sistemas Windows.

7.2.Sistemas Unix.

7.3.Modos de instalación de controladores de dispositivo en sistemas operativos de uso común. Dispositivos Plug & Play.

8.Herramientas.

8.1.Entornos de desarrollo de controladores de dispositivo en sistemas operativos de uso común

8.2.Herramientas de depuración y verificación de controladores de dispositivos.

9.Documentación de manejadores de dispositivo.

9.1.Elaboración de especificaciones técnicas siguiendo directrices específicas de sistemas operativos de uso común.

9.2.Elaboración de manual de instalación.

9.3.Elaboración de manual de uso.

10.Prueba de autoevaluación.

Resumen

Prueba de evaluación final

Introducción

Este manual está diseñado para proporcionar una comprensión detallada y práctica sobre el desarrollo de componentes software para el manejo de dispositivos (drivers). A través de un enfoque estructurado, se abordan los conceptos fundamentales, las herramientas necesarias y las buenas prácticas que permiten diseñar, programar y mantener controladores de dispositivos en entornos informáticos modernos. Este contenido está orientado a quienes desean adquirir competencias esenciales para implementar soluciones eficientes y seguras que aseguren la comunicación adecuada entre el hardware y el software de un sistema operativo.

Iniciaremos con los conceptos básicos relacionados con los controladores de dispositivo, explicando su función dentro del sistema operativo y cómo facilitan la interacción entre el hardware y el software. Se explorarán las arquitecturas generales del núcleo del sistema operativo, los subsistemas más relevantes y los aspectos críticos que deben considerarse durante el desarrollo de drivers, como la gestión de memoria, procesos y dispositivos.

A continuación, profundizaremos en el funcionamiento de los principales tipos de controladores, desde dispositivos de carácter y bloque hasta controladores más avanzados orientados a la gestión de paquetes y dispositivos Plug & Play. Se explicarán las técnicas básicas de programación de controladores, incluyendo la gestión de interrupciones, el acceso directo a memoria (DMA) y la interacción con buses modernos como PCIe.

En una sección dedicada a la depuración y prueba de controladores, se analizarán las herramientas y métodos más actuales utilizados para garantizar el correcto funcionamiento de los drivers en diferentes sistemas operativos, como Windows y Unix. Este apartado incluirá prácticas de monitorización de errores, impresión de trazas y la aplicación de estándares de calidad del software.

Seguidamente, se describirán los procedimientos esenciales para la compilación, carga y distribución de controladores. También se abordarán las particularidades del desarrollo de drivers en entornos específicos, teniendo en cuenta las diferencias entre sistemas Windows y Unix, así como los requisitos para dispositivos modernos compatibles con tecnologías como USB-C o Thunderbolt.

El manual también incluye una sección sobre documentación técnica, proporcionando pautas para la elaboración de especificaciones detalladas, manuales de instalación y guías de usuario que aseguren una adecuada implementación y mantenimiento de los controladores.

Por último, se presenta un análisis de las herramientas de desarrollo disponibles para facilitar la creación de drivers, desde entornos de programación hasta herramientas avanzadas de depuración y verificación. Este manual combina teoría y práctica para dotar a los lectores de los conocimientos necesarios para enfrentarse a los desafíos actuales en el desarrollo de controladores, garantizando soluciones compatibles, eficientes y seguras.

A continuación, se presenta un glosario con los términos clave relacionados con el desarrollo de drivers y su implementación en sistemas operativos modernos:

Acceso aleatorio: Método que permite leer o escribir datos en cualquier posición sin seguir un orden secuencial.Acceso directo a memoria (DMA): Técnica que permite a los dispositivos de hardware acceder directamente a la memoria principal sin intervención de la CPU, mejorando la eficiencia.Acceso secuencial: Método de acceso a datos en el que la información se lee o escribe en un orden específico.Adaptador de dispositivo: Interfaz que conecta un dispositivo específico con el sistema operativo.Administrador de dispositivos: Herramienta del sistema operativo para gestionar los dispositivos conectados.Aislamiento de procesos: Técnica que separa procesos para evitar interferencias entre ellos.Almacenamiento en caché: Técnica para almacenar temporalmente datos para un acceso más rápido.Almacenamiento persistente: Tipo de almacenamiento que conserva datos incluso después de apagar el sistema.Análisis de rendimiento: Evaluación de la eficiencia de un sistema o controlador.Análisis de trazas: Proceso de interpretar los registros generados por un sistema para diagnosticar problemas.Análisis estático: Inspección del código sin ejecutarlo para detectar errores.Api (interfaz de programación de aplicaciones): Conjunto de funciones y procedimientos que permiten la interacción entre software y hardware.API de bajo nivel: Conjunto de funciones que permiten interacción directa con el hardware.API de hardware: Conjunto de funciones que permiten interactuar directamente con dispositivos físicos.Arquitectura del núcleo: Diseño y estructura interna del núcleo de un sistema operativo, responsable de la gestión del hardware y los recursos del sistema.Arquitectura multicapa: Modelo de diseño que organiza los controladores en niveles para mejorar la modularidad.Asignación dinámica de memoria: Proceso de reservar y liberar memoria según sea necesario en tiempo de ejecución.Asignación estática de memoria: Proceso de reservar memoria antes de la ejecución del controlador.Asincronía: Capacidad de ejecutar tareas sin bloquear la ejecución de otras, común en operaciones de entrada/salida.Balanceo de carga: Técnica para distribuir tareas de manera equitativa entre múltiples recursos o dispositivos.Balanceo dinámico: Distribución de tareas ajustada en tiempo real según la carga del sistema.Bandeja de entrada/salida: Mecanismo que gestiona las solicitudes de entrada y salida de datos.Barreras de memoria: Instrucciones que aseguran el orden de operaciones en hardware.Barrido de memoria: Proceso de escanear memoria para liberar espacio o detectar errores.Batería de pruebas: Conjunto estructurado de pruebas diseñadas para validar el correcto funcionamiento de un controlador.Biblioteca dinámica (DLL): Archivo que contiene código ejecutable compartido por varios programas o controladores.Bloque de memoria: Unidad de almacenamiento de datos en sistemas de memoria, utilizada frecuentemente en controladores de bloque.Bloqueo mutuo (deadlock): Estado en el que dos o más procesos están esperando indefinidamente a que otro libere recursos.Buffer circular: Estructura de datos que permite reutilizar el mismo espacio de memoria de manera cíclica.Buffer: Espacio de memoria temporal utilizado para almacenar datos mientras son transferidos entre dos lugares.Bus de datos: Canal de comunicación que permite la transferencia de datos entre componentes de hardware.Bus de expansión: Sistema que permite conectar dispositivos adicionales al ordenador.Caching de controladores: Técnica para almacenar temporalmente drivers en memoria para un acceso más rápido.Cadena de herramientas: Conjunto de programas utilizados en el desarrollo de software, como compiladores y depuradores.Canal de comunicación: Medio físico o lógico utilizado para transmitir datos entre dispositivos.Capa de abstracción de hardware (HAL): Interfaz que separa el hardware del sistema operativo para facilitar la portabilidad.Capas de protocolo: Niveles en una arquitectura de red que dividen funciones y responsabilidades.Carga de trabajo: Cantidad de tareas asignadas a un recurso o dispositivo.Carga diferida: Proceso en el que un controlador se carga solo cuando el dispositivo asociado se activa.Carga temprana: Proceso en el que un controlador se carga durante la inicialización del sistema operativo.Ciclo de interrupción: Secuencia desde la recepción hasta la resolución de una interrupción.Ciclo de vida de un dispositivo: Secuencia de estados por los que pasa un dispositivo desde su conexión hasta su desconexión.Colisión de interrupciones: Situación en la que dos dispositivos intentan usar la misma línea de interrupción.Compatibilidad hacia atrás: Capacidad de un controlador para funcionar con versiones anteriores del hardware o sistema operativo.Compatibilidad multiplataforma: Capacidad de un controlador para operar en diferentes sistemas operativos.Compilador cruzado: Herramienta que permite compilar controladores para una arquitectura diferente a la del sistema anfitrión.Conexión persistente: Comunicación mantenida activa entre sistemas o dispositivos.Configuración avanzada de dispositivos: Proceso que permite ajustar parámetros específicos de hardware.Configuración de arranque: Proceso de inicialización de un sistema operativo y sus controladores.Conmutación de hilos: Técnica utilizada para cambiar la ejecución entre diferentes subprocesos.Conmutador de contexto: Operación que guarda y restaura el estado de un proceso al cambiar de uno a otro.Consistencia de datos: Garantía de integridad y exactitud en los datos almacenados.Control de interrupciones: Gestión de señales generadas por hardware para alertar al sistema operativo de eventos.Controlador de acceso remoto: Driver que gestiona dispositivos utilizados a través de una red.Controlador de bloque: Tipo de driver que maneja dispositivos que leen y escriben datos en bloques, como discos duros.Controlador de carácter: Tipo de driver que gestiona dispositivos que transmiten datos como un flujo continuo, como teclados.Controlador de dispositivo: Software que permite la comunicación entre el sistema operativo y el hardware.Controlador de firmware: Software integrado que interactúa directamente con el firmware del dispositivo.Controlador de interfaz de red (NIC): Driver que permite la comunicación a través de redes físicas o virtuales.Controlador de pantalla: Driver responsable de enviar datos de imagen al monitor.Controlador de sonido: Software que gestiona dispositivos de audio, como tarjetas de sonido.Controlador de teclado: Software que gestiona la interacción entre el sistema operativo y un teclado.Controlador de webcam: Driver que gestiona la operación de cámaras conectadas al sistema.Controlador plug & play: Driver diseñado para dispositivos que pueden conectarse y usarse sin configuración manual adicional.Controlador virtual: Software que emula un dispositivo físico para el sistema operativo.Copia de seguridad de controladores: Práctica de guardar versiones de drivers para su restauración.Debugging en vivo: Proceso de depuración que se realiza mientras el controlador está en ejecución.Depuración: Proceso de identificar y corregir errores en software o hardware.Desbordamiento de buffer: Error que ocurre cuando se escriben más datos de los que un buffer puede almacenar.Descompresión de firmware: Proceso de extraer y cargar firmware comprimido en el dispositivo.Desempaquetado de drivers: Extracción e instalación de controladores desde un archivo comprimido.Desempeño predictivo: Habilidad de anticipar el rendimiento basado en análisis de uso.Diagnóstico de dispositivos: Proceso para identificar problemas en el hardware o en su controlador.Diferenciación de prioridades: Técnica que asigna niveles de prioridad a las solicitudes de dispositivos.Dirección base: Punto inicial utilizado por un controlador para acceder a la memoria del dispositivo.Dirección física: Localización concreta en la memoria que puede ser utilizada por hardware.Dirección virtual: Representación lógica de una dirección física utilizada por el sistema operativo.Directorio raíz: Nivel más alto en una jerarquía de sistemas de archivos, donde los controladores pueden interactuar con dispositivos.Directorio virtual: Representación lógica de una ubicación en el sistema de archivos.Dispositivo de almacenamiento: Hardware diseñado para guardar datos, como discos duros o SSD.Dispositivo de entrada: Hardware que envía datos al sistema, como un ratón o teclado.Dispositivo de red: Hardware que permite la comunicación en una red, como adaptadores Ethernet.Dispositivo de salida: Hardware que recibe datos del sistema, como una impresora.Dispositivo virtual: Hardware emulado por software para simular un dispositivo físico.Driver empaquetado: Controlador distribuido como un archivo o paquete instalable.Drivers de terceros: Controladores desarrollados por entidades distintas al fabricante original del hardware.Drivers genéricos: Controladores estándar que ofrecen compatibilidad básica para múltiples dispositivos.E/S (entrada/salida): Intercambio de datos entre el sistema operativo y los dispositivos periféricos.eBPF (extended berkeley packet filter): Tecnología avanzada utilizada para monitorizar y depurar drivers en Linux.Ecosistema de hardware: Conjunto de dispositivos y tecnologías que interactúan en un sistema.Ejecución simultánea: Procesamiento de varias tareas al mismo tiempo en un sistema.Emulación de hardware: Técnica para simular dispositivos físicos mediante software.Entorno de desarrollo integrado (IDE): Software que combina herramientas de desarrollo como un editor de código, un depurador y un compilador.Entradas/salidas asincrónicas: Operaciones de E/S que no dependen de la sincronización directa.Errores fatales: Fallos críticos que interrumpen la ejecución del sistema o dispositivo.Errores transitorios: Fallos temporales que afectan a los controladores de dispositivos.Escalabilidad: Capacidad de un sistema para manejar un aumento en la carga de trabajo.Especificación de interfaz: Documento que describe cómo debe interactuar un dispositivo con el sistema operativo.Especificación técnica: Documento que describe las características y requisitos funcionales de un controlador.Estado de interrupción: Condición que define si una interrupción está activa o inactiva.Estado de suspensión: Modo de ahorro de energía en el que se detienen procesos no esenciales.Estado del sistema: Condición actual de los recursos y procesos de un sistema operativo.Estado latente: Condición en la que un dispositivo o driver está inactivo pero listo para ser activado.Estructura de datos del driver: Organización lógica de la información utilizada por un controlador.Firmware: Software incrustado en hardware que actúa como intermediario entre el hardware y otros sistemas.Gestión de banda ancha: Administración de recursos de red para optimizar el rendimiento.Gestión de colas: Control del flujo de solicitudes hacia un dispositivo para evitar sobrecarga.Gestión de dispositivos en caliente: Soporte para agregar o quitar hardware mientras el sistema está en ejecución.Gestión de energía adaptativa: Ajuste dinámico del consumo de energía basado en el uso.Gestión de energía: Conjunto de técnicas para optimizar el consumo energético de dispositivos.Gestión de memoria: Subcomponente del núcleo encargado de asignar, liberar y organizar memoria en un sistema.Gestión de procesos: Subcomponente del núcleo que supervisa la ejecución de programas.Gestión de puertos virtuales: Supervisión de puntos de comunicación virtuales entre dispositivos.Gestión de puertos: Control de los puntos de conexión física o virtual entre dispositivos y el sistema operativo.Gestión de recursos compartidos: Supervisión del acceso concurrente a recursos por parte de múltiples controladores.Gestión de sesiones: Mecanismo que organiza y supervisa las sesiones de usuario en un sistema.Herramienta de análisis forense: Software utilizado para investigar fallos o ataques en controladores.Herramienta de depuración: Software como gdb o windbg que ayuda a identificar y corregir errores en controladores.Hibernación: Estado de ahorro de energía en el que el sistema guarda su estado en el disco antes de apagarse.Hilos de ejecución: Subprocesos dentro de un proceso que comparten recursos, utilizados frecuentemente en drivers.Hooking: Técnica que permite interceptar y modificar llamadas o eventos del sistema operativo.Identificador único de dispositivo: Código que identifica un dispositivo de hardware específico.Inicialización de dispositivos: Proceso en el que un controlador prepara un dispositivo para su uso.Inicializador de drivers: Programa o rutina que prepara un controlador antes de su uso.Instalación desatendida: Método automatizado para instalar controladores sin intervención del usuario.Integración de drivers: Proceso de combinar controladores en un sistema operativo.Interbloqueo de recursos: Situación en la que dos controladores intentan acceder a recursos que dependen mutuamente.Interfaz asincrónica: Modo de comunicación en el que no se requiere sincronización constante entre las partes.Interfaz de depuración: Mecanismo para inspeccionar y solucionar problemas en tiempo de ejecución.Interfaz de dispositivos: Punto de interacción entre hardware y software a través de controladores.Interfaz de hardware abstracto (AHI): Capa que permite la interoperabilidad de dispositivos heterogéneos.Interfaz de línea de comandos (CLI): Herramienta para interactuar con un sistema operativo mediante comandos escritos.Interfaz de red: Conexión física o lógica que permite la comunicación en redes.Interfaz de sistema: Punto de interacción entre el software y los controladores de hardware.Interfaz gráfica de usuario (GUI): Medio visual e interactivo para comunicarse con el software.Interfaz síncrona: Método de comunicación donde ambas partes deben operar al mismo ritmo.