硬件检测与驱动适配系统设计（Linux+lspci/lsusb）

摘 要

　　Linux 在服务器、嵌入式系统、移动终端系统等许多领域都得到了广泛的应用，但是在桌面计算机领域，却由于 Windows 垄断等客观原因始终难以普及。

　　对桌面计算机用户来说，Linux 的一个严重不足就是硬件驱动支持太少，驱动的安装使用不方便。现有 Linux 操作系统中的硬件检测与驱动适配工具功能单一、界面简陋，无法满足普通用户要求。

　　开源社区 Linux 发行版自带的硬件驱动管理工具 Driver Manage，仅支持nvidia 和 ATI 的闭源显卡驱动安装，目前为止还没有一款 Linux 发行版拥有真正意义的自动化驱动适配工具。本课题主要工作包括：针对 Linux 操作系统相关课题实施现状和应用热点，调研 Linux 下硬件检测机制、外设热插拔原理，设计适应本工具需要的硬件检测方法；对比调研 Windows 下硬件驱动管理工具的操作方式；深入研究 Linux 下驱动适配策略，设计硬件与驱动适配方案；最后在充分研究分析的基础上对硬件检测与驱动适配系统进行实现，功能包括本机/外设驱动检测、驱动安装、驱动更新、驱动备份、驱动还原和驱动卸载，力求为 Linux终端用户解决设备驱动安装困难、升级困难、管理困难等实际问题。

　　本课题实现的硬件检测与驱动适配系统替代原有的硬件驱动管理工具Driver Manage、填补了 Linux 下驱动这一块的短板，同时，在兼顾用户旧有的Windows 操作习惯的基础上达到良好的用户体检，促进了 Linux 桌面计算机操作系统的普及与推广。

　　关键词：Linux，硬件检测，驱动，驱动适配

Abstract

　　Linux has been widely used in many fields, such as server, embedded system, mobile terminal system and so on. However, in the field of desktop computer, it is still difficult to popularize because of the objective reasons such as the monopoly of Windows. For the desktop computer users, a serious shortage of Linux is the hardware driver support is too little, installation and usage of the drivers is not convenient. The existing tools of hardware detection and driver adaptation in Linux operating system have too little functions, and the inerfaces are not friendly, which can not meet the requirements of users.

　　The open source community Linux distribution comes with the hardware driver management tool Driver Manage, closed source graphics only NVIDIA and ATI support the driver installation, there is no automatic which Linux distributions have real meaning of driving adaptation tools. The main work of this paper includes: Based on Linux operating system related project implementation status and application of hot research, Linux hardware detection mechanism, hot swappable peripherals principle, hardware design to adapt to the detecting method of the tool needs; contrast research Windows hardware driver management tool mode of operation; the in-depth study of Linux driver adaptation strategy, hardware design and driving adaptation scheme; finally based on the analysis on the basis of the adaptation and drive system to realize the function of hardware detection, including machine / peripheral driver detection, driver installation, driver updates, drive backup, restore and driveDriverUnload, strive for the user to solve the Linux terminal device driver installation is difficult, difficult to upgrade and management the difficulties.

　　This thesis realized the hardware detection and drive adapter system to replace the original hardware driver management tool Driver Manage, the Linux driver to fill the short board, this one at the same time, the foundation of the old Windows operating habits of users on the user to achieve good examination, promote the popularization and promotion of Linux desktop computer operating system.

　　Key Words: Linux, hardware detection, driver, driver adaptation

　　本文研究的是 Linux 平台下硬件检测与驱动适配系统的设计与实现。该系统从解决 Linux 用户在安装使用设备时遇到的驱动安装难、驱动不好用的问题出发，探求硬件检测的可靠机制和驱动适配的通用方法，采用桌面应用程序与网络服务端相结合的方式，实现了一个硬件检测与驱动适配系统。硬件检测与驱动适配系统的客户端可直接集成至操作系统中，或者以 deb 包[35]的形式提供给用户安装，或者通过 Linux 相关命令或工具将 deb 转换为其它格式供非 debian 系统使用。

　　Linux 平台下硬件检测与驱动适配系统的研究内容是：

　　（1）研究 Linux 内核驱动源码，了解驱动框架机制，重点分析硬件设备接入时，内核模块加载驱动的过程，从中提炼出通用的驱动适配方案；（2）研究硬件检测技术和工具，对硬件检测结果进行优化过滤加工处理，以求最后展示给用户的硬件信息准确、简洁明了、易懂；（3）研究热插拔技术，了解用户态和内核态通信的方法，以实现有外设接入或拔出时，系统自动提示用户有设备接入或拔出。当有外设接入时，若该设备驱动已安装，则自动匹配驱动，即插即用；当该设备驱动未安装时，引导用户一键安装；（4）研究 deb 包结构和打包方法，以便将客户端打成 deb 包供系统集成或用户安装；（5）研究 APT 网络源和本地源的搭建方法，研究 APT 源支持多版本软件包的方法。APT 网络源用于联网用户通过网络安装驱动；APT 本地源主要针对政府部分等敏感用户在非联网情况安装驱动；APT 源需要支持多版本软件包上传，以满足用户升级驱动、还原驱动的需求；（6）研究驱动安装/卸载脚本技术，便于对市面上已有的不规范的驱动包脚本进行改进，实现驱动一键安装、升级、卸载功能。

　　第 1 章 绪论。主要介绍论文的研究背景与意义，分析国内外 Linux 下硬件检测与驱动适配系统的研究现状，并阐述本文的主要研究内容及章节安排。

　　第 2 章 关键技术研究。包括 debian 系统下驱动目录分析、、硬件检测技术分析、驱动适配技术分析、热插拔技术分析等。

　　第 3 章 需求分析与整体设计。本章首先明确了系统的实现目标，论文的着眼点不在驱动的开发而在驱动的适配、安装和卸载；分析系统的用户角色和业务逻辑；细化/拆分功能需求，确定基本的性能需求；对系统的整体的架构、工作流程进行阐述，确定系统整体实现方案并进行数据库设计。

　　第 4 章 详细设计和实现。本章介绍系统客户端、服务端的详细设计与实现。重点阐述客户端框架设计、主要功能实现以及服务端的框架设计、主要功能模块实现、服务构建过程和和客户端交互功能的实现。

　　第 5 章 实际应用与效果展示。本章介绍 Linux 平台下硬件检测与驱动适配系统在实际生活中的应用案例，展示了系统从安装到使用的各个功能界面，对系统性能进行简要评估测试。

　　第 6 章 结论与展望。对已完成的 Linux 平台下硬件检测与驱动适配系统进行总结，并指出后续需完善与深入的方向以及对未来的研究工作的展望。

　　硬件检测与驱动适配系统设计部分功能演示：

后台登录页面

后台功能页面

首页功能页面

本机驱动

本机驱动 驱动安装

驱动管理 驱动还原

热插拔 I 设备连接

热插拔 I 设备移除

热插拔 II 设备连接

热插拔 II 设备连接 右下角托槽显示

热插拔 II 设备移除

目录

　　摘 要
　　Abstract
　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景与意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　　　1.2.1 驱动管理工具调研
　　　　　　1.2.2 各款工具比较分析
　　　　1.3 本文主要研究内容
　　　　1.4 论文组织结构
　　第二章 关键技术研究
　　　　2.1 Linux 内核驱动分析
　　　　　　2.1.1 Linux 内核概述
　　　　　　2.1.2 Linux 内核目录分析
　　　　　　2.1.3 Linux 内核驱动分析
　　　　2.2 硬件检测技术
　　　　　　2.2.1 lspci/lsusb
　　　　　　2.2.2 hwinfo
　　　　2.3 驱动适配技术
　　　　　　2.3.1 USB 设备驱动匹配过程调研
　　　　　　2.3.2 PCI 设备驱动匹配过程调研
　　　　2.4 热插拔技术分析
　　　　2.5 小结
　　第三章 需求分析与整体设计
　　　　3.1 硬件检测与驱动适配系统需求分析
　　　　　　3.1.1 客户端功能需求
　　　　　　3.1.2 服务端功能需求
　　　　　　3.1.3 性能需求
　　　　3.2 硬件检测与驱动适配系统整体设计
　　　　　　3.2.1 用户角色和业务分析
　　　　　　3.2.2 系统架构设计
　　　　　　3.2.3 系统整体工作流程
　　　　　　3.2.4 系统数据库设计
　　　　3.3 小结
　　第四章 详细设计和实现45
　　　　4.1 客户端详细设计与实现
　　　　　　4.1.1 客户端框架设计
　　　　　　4.1.2 主要功能模块设计与实现
　　　　4.2 服务端详细设计与实现
　　　　　　4.2.1 服务端框架设计
　　　　　　4.2.2 服务端后台功能设计
　　　　　　4.2.3 服务端与客户端交互设计
　　　　　　4.2.4 APT 驱动源搭建
　　　　4.3 小结
　　第五章 实际应用与效果展示
　　　　5.1 系统实际应用环境
　　　　5.2 系统主要应用效果展示
　　　　　　5.2.1 系统安装
　　　　　　5.2.2 系统启动
　　　　　　5.2.3 系统使用
　　　　5.3 系统功能测试
　　　　5.4 系统性能测试
　　　　5.5 小结
　　第六章 结论与展望
　　　　6.1 论文工作总结
　　　　6.2 未来展望
　　参考文献
　　致谢
　　个人简历、在学期间发表的论文与研究成果

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