ハードウェアを意識したプログラミングの基礎（前編）
3．ハードウェアとソフトウェアの 境界線
デバイス・ドライバの開発がアプリケーションの開発と唯一違うところは，「ハードウェアと通信する」ということだと筆者は考えます注9．デバイス・ドライバの開発からハードウェアを制御する部分を除けば，アプリケーション開発との違いはフレームワークしかありません．アプリケーション・フレームワークを使ってアプリケーションを作成する代わりに，Linuxフレームワークを使ってデバイス・ドライバを作成しているだけになります．
注9；「メモリ」というハードウェアを使っている普通のプログラミングも，突き詰めればキャッシュ・ヒット率などの楽しい話がある．
● バス幅の違い
ハードウェアとの通信とはどういうことなのか，前述のコードを使って説明します．前述のコードの中に32ビット・アクセスを行っているところがあります．もし，ハードウェアのことを考えないのであれば，リスト5のように書き換えることができます．
1: #include <stdio.h>
2: #include <linux/types.h>
3:
4: int main()
5: {
6: char fifo[] = {0x12, 0x34, 0xAB, 0xCD};
7: __u32 val;
8: char *v = (char *)&val;
9: int i;
10:
11: for (i=0; i<sizeof(val); i++)
12: v[i] = fifo[i];
13:
14: printf("0x%Xｴn", val);
15: return 0;
16: }
リスト5 ハードウェアのことを考えない場合
このように書き換えてもアプリケーションの結果は同じで，リトル・エンディアンであれば0xCDAB3412と表示されます．アプリケーションを書いているときに，わざわざこのように書く人はいないと思います．コード量も増えるし，1バイトずつ取るなんて面倒なことはしないでしょう．
しかし，もしデバイスが8ビット・バスにつながっていれば，必ず上記のようにデバイス・ドライバを書かなければなりません．8ビット・バス経由では，32ビットでアクセスしても，エラーになったり正しい情報が読めなかったりします（図8，図9）．
図8 8ビット・バスでCPUとデバイスがつながっている場合のアクセス
図9 32ビット・バスでCPUとデバイスがつながっている場合のアクセス
● CPUアーキテクチャの版数による命令の違い
いつの時代でも商品には，新しい機能が次々と追加されていきます．CPUアーキテクチャも例外ではなく，次々と新しくなっています．高速動作，FPU（浮動小数点演算ユニット）の追加，キャッシュの大型化，パイプライン段数の増加，分岐予測の精度向上，新しい命令の追加，そして最近では複数コア化が進んでいます．ここでは本稿の趣旨であるデバイス・ドライバの開発に関係のあるものとして，命令セットを取り上げます．
1997年，x86にMMXというSIMD（Single Instruction Stream-Multiple Data Stream：シムド）命令がPentiumに追加されました．その後もAMD（Advanced Micro Devices）社の3D Now!やIntel社のSSEなどの命令セットが追加されています．また，PowerPCではAltiVecと呼ばれるSIMD命令が追加されています．
ARMアーキテクチャもARMv1から始まり，最新のARMv7まで増えています．現在サポートされているアーキテクチャはARMv4～ARMv7です．16ビット命令セットのThumb（サム）やJavaプログラムを高速実行するJazelle（ジャゼール），新しい浮動小数点演算VFPv2，そしてSIMD命令セットなどが，バージョンを追うごとに追加されています注10
注10；以下のURLを参照．http://www.arm.com/products/CPUs/architecture.html
デバイス・ドライバを開発するときには，使える命令セットを最大限活用しつつ，移植性の考慮も頭に入れておかなければなりません．
