Differenze reali tra driver, firmware e software

Nel mondo della tecnologia ci sono parole che sentiamo ogni giorno ma che, se ci fermiamo a pensarci, non sempre comprendiamo chiaramente. Firmware, driver e software Si tratta di tre di quei termini che vengono spesso utilizzati come se fossero la stessa cosa, quando in realtà svolgono funzioni molto diverse all'interno di qualsiasi dispositivo elettronico.

Se ti sei mai chiesto Esistono differenze reali tra driver e firmware?Che tu abbia avuto difficoltà ad aggiornare il tuo PC, il tuo cellulare o persino la tua lavatrice, questo articolo fa al caso tuo. Spiegheremo cos'è il firmware, cosa sono i driver, come si relazionano al resto del software e perché l'aggiornamento di ciascuno ha obiettivi e conseguenze diversi.

Cos'è esattamente il firmware?

Quando parliamo di firmware, ci riferiamo a un programma molto elementare che dà "vita" all'hardware di un dispositivo. Si tratta di un insieme di istruzioni registrate su uno speciale chip di memoria che indica ai circuiti elettronici cosa fare, come avviarsi e come reagire ai comandi esterni.

In pratica il firmware è la logica di livello più basso di un dispositivo elettronicoPrima ancora che il sistema operativo si avvii, esiste già un codice che decide quali componenti accendere, come inizializzarli e come verificare che tutto soddisfi i requisiti minimi per funzionare. Questo è esattamente ciò che fa il firmware.

Questo codice è solitamente memorizzato in memorie non volatili come ROM, PROM o memoria flashseparata dalla memoria principale dove vengono eseguiti i programmi normali. Ecco perché tutto, dal mouse alla console... giocoTutto, dalla lavatrice al router, contiene un piccolo chip dedicato alla memorizzazione del firmware che li controlla.

Il firmware ha una particolarità interessante: Si trova a metà strada tra hardware e software.È così integrato nell'elettronica che spesso viene considerato parte dell'hardware stesso, ma in realtà è pur sempre codice eseguibile, ovvero software. Di fatto, è uno dei principali punti di collegamento tra i due mondi.

Oltre a gestire le operazioni interne, il firmware in genere fornisce un'interfaccia di base per la configurazione del dispositivoSu un computer, ad esempio, il BIOS UEFI consente di modificare l'ordine di avvio, abilitare o disabilitare le porte e impostare parametri critici prima del caricamento del sistema operativo.

Chiari esempi di firmware nella tua vita quotidiana

Il caso più classico quando si parla di firmware è quello del BIOS o UEFI di un PC desktop o laptopÈ il primo codice che viene eseguito quando si preme il pulsante di accensione ed è responsabile del controllo della RAM, del rilevamento dei dischi, dell'inizializzazione della scheda grafica e della verifica che la scheda madre e gli altri componenti rispondano come dovrebbero.

Ma il firmware va ben oltre il computer. Fondamentalmente qualsiasi gadget elettronico che hai in casa Include una piccola porzione di firmware che indica all'hardware come comportarsi:

• Controlli remoti dalla TV o dal condizionatore, che interpretano gli impulsi e inviano i segnali corretti.
• Periferiche per computer come tastiere, mouse, stampanti o webcam, che sono internamente piccoli computer specializzati e spesso collegati tramite Porte USB.
• Smartphone e tabletdove il firmware coordina la comunicazione tra processore, schermo, fotocamera, sensori e sistema operativo.
• Router e punti di accesso WiFiche si affidano al firmware per gestire la rete, la sicurezza e le connessioni simultanee.
• Lettori musicali e video Portátilesche vengono spesso aggiornati per supportare nuovi formati o risolvere problemi di riproduzione.
• auto moderne, pieno di centraline elettroniche il cui firmware controlla tutto, dal climatizzatore al sistema multimediale.
• Appliances come lavatrici, lavastoviglie o forni a microonde, che utilizzano il firmware per tradurre il programma scelto (temperatura, modalità, tempo) in azioni specifiche del motore, delle valvole e dei resistori.
• Semafori e segnaletica elettronicadove il firmware è responsabile della sequenza luminosa e del controllo del traffico.

In molti di questi dispositivi, Il firmware agisce praticamente come un sistema operativo minimoSoprattutto nei dispositivi più semplici, come una sveglia o un telecomando, non c'è altro software al di sopra; tutto ciò che il dispositivo fa è definito in quel codice memorizzato nella sua memoria.

Come funziona il firmware all'interno del dispositivo

Il ruolo del firmware è, fondamentalmente, fungere da intermediario tra la parte fisica (hardware) e il resto del software che può essere eseguito sul sistema. Definisce come comunicano i diversi componenti, quali protocolli vengono utilizzati e quale sequenza di passaggi viene seguita dal momento in cui viene applicata l'alimentazione.

Durante l'avvio, il firmware Attivare solo l'hardware essenziale per avviare il sistemaSu un computer, ciò significa, ad esempio, inizializzare la CPU, una quantità minima di memoria, la scheda grafica e altri dispositivi. immagazzinamento da cui è possibile caricare il sistema operativo.

Perché il firmware deve conservare le sue informazioni anche quando il dispositivo è spentoVengono memorizzate in una memoria non volatile, solitamente in chip flash o ROM. In questo modo, quando il dispositivo viene acceso, il processore può leggere le istruzioni dallo stesso indirizzo di memoria di sempre ed eseguire esattamente lo stesso codice iniziale.

La complessità del firmware dipende molto dal tipo di dispositivo. In dispositivi molto sempliciIl firmware è piccolo, strettamente legato all'hardware e non viene praticamente mai aggiornato. Nei sistemi più complessi, come un router o un... smartphoneIl firmware può essere molto sofisticato e avere moduli che possono essere aggiornati frequentemente.

Tipi di firmware in base alla loro complessità

Non tutti i firmware sono uguali. Può essere classificato in diversi livelli. a seconda della sua posizione nello stack software, della memoria in cui risiede e del tipo di funzioni che offre al dispositivo.

Firmware di basso livello

Il firmware di basso livello è così strettamente accoppiato all'hardware che Spesso viene considerato letteralmente parte del dispositivo stesso.Viene registrato in memorie come ROM o PROM (non riprogrammabili o molto difficili da riprogrammare) ed è destinato a durare per tutta la durata di vita del dispositivo.

Di solito si trova in dispositivi con una funzione unica e molto specificacome alcuni telecomandi, semplici orologi o strumenti di misurazione di base. In questi casi, il firmware è l'unico "software" presente: non esiste un sistema operativo separato, solo una logica fissa che esegue sempre lo stesso compito.

Firmware di alto livello

Il firmware di alto livello, d'altra parte, è solitamente memorizzato in memoria flash riprogrammabile È un passo avanti rispetto al firmware più elementare. È più complesso, offre funzionalità più avanzate e, soprattutto, può essere aggiornato con relativa facilità se il produttore rilascia nuove versioni.

È il tipo di firmware che troviamo, ad esempio, in router domestici, smart TV o fotocamere digitalidove vengono rilasciati periodicamente aggiornamenti per correggere bug, chiudere falle di sicurezza o aggiungere nuove opzioni.

Firmware del sottosistema o del dispositivo

Esiste anche un tipo speciale di firmware noto come firmware del sottosistema o firmware del dispositivoSi tratta di codice che controlla un componente specifico (ad esempio una scheda audio, un monitor o anche una CPU), ma funziona in modo del tutto indipendente dal resto del software di sistema.

Un esempio tipico sarebbe il schede audio dedicate o alcuni adattatori di reteche includono un proprio firmware per gestire le funzioni interne dell'hardware (effetti, mix, protocolli), indipendentemente dal sistema operativo principale, che poi comunica con loro tramite driver.

Cosa sono i driver o i controller?

Mentre il firmware risiede all'interno del dispositivo stesso, I driver sono installati sul sistema operativoUn driver è un programma che funge da traduttore tra il sistema operativo e un particolare componente hardware.

Né Windows, né Linuxné macOS né nessun altro sistema operativo Possono capire da soli come comunicare con ogni pezzo di hardware presente sul mercato. I driver servono proprio a questo: a indicare al sistema quali istruzioni inviare, come ricevere le risposte e come sfruttare al meglio le capacità del dispositivo.

Questi driver sono memorizzati nel stesso disco o memoria in cui è installato il sistema operativoSe si formatta il disco rigido o si reinstalla il sistema, i driver scompaiono e si deve reinstallarli o lasciare che il sistema scarichi autonomamente le versioni compatibili.

Per loro natura, i driver sono più vicini all'utente rispetto al firmware. Vengono aggiornati molto più frequentementePossono essere installati automaticamente tramite gli aggiornamenti di sistema oppure manualmente scaricandoli dal sito web del produttore della scheda grafica, della stampante, ecc.

Relazione tra firmware, driver e il resto del software

Per comprendere appieno la differenza tra firmware e driver, è utile dare un'occhiata a... come entrambi si adattano a tutti i livelli software di un sistemaImmagina una specie di scala:

• Al gradino più basso, a livello hardware, c'è il firmwareintegrato nel dispositivo stesso.
• Un po' più in alto si trovano i driver del sistema operativo, che fungono da interpreti tra quel firmware/hardware e il sistema.
• E poi arrivano OS (Windows, Linux, AndroidiOS…) e, infine, il applicazioni utente (browser, giochi, editor, ecc.).

Quindi, quando si clicca con il mouse su un'applicazione, si mette in moto un'intera catena di eventi: L'app richiama le funzioni del sistema operativo, che si basano sul driver del mouse, e il driver comunica con il firmware. dal dispositivo, che a sua volta dice all'hardware cosa fare e invia nuovamente le informazioni.

Ecco perché si dice che sia il firmware che i driver sono essenziale per il corretto funzionamento di un teamMa giocano su fronti diversi: il firmware è collegato al dispositivo stesso, mentre il driver appartiene all'ambiente del sistema operativo.

Differenze chiave tra firmware e driver

Sebbene in entrambi i casi si parli di software che rende possibile il funzionamento di un dispositivo, Firmware e driver non sono la stessa cosa Né vengono usati nello stesso contesto. Le differenze principali sono molteplici, ed è importante esserne molto chiari.

1. Dove è installato il codice?Il firmware è ospitato su un modulo di memoria interna del dispositivo (ROM, flash, ecc.), mentre il driver è memorizzato sul disco o nella memoria in cui è installato il sistema operativo. Il firmware viaggia con il dispositivo; il driver è associato al sistema a cui si collega il dispositivo.
2. Livello di interazione con l'hardwareIl firmware è il livello più basso di software che interagisce direttamente con i circuiti elettroniciI driver, invece, si trovano a livelli superiori, comunicano con il sistema operativo e utilizzano le interfacce che questo fornisce per raggiungere l'hardware.
3. Dipendenza dal sistema operativoIl firmware è indipendente dal sistema operativo. Funziona anche senza un sistema operativo.Questo è il caso di molti elettrodomestici o dispositivi semplici. I driver, invece, sono specifici per ciascun sistema (un driver Windows non funzionerà su Linux, ad esempio) e sono progettati per integrarsi con il suo kernel o con i suoi servizi.
4. Aggiornamento e manutenzioneSebbene molti firmware possano essere aggiornati, il processo è solitamente più delicato e meno frequenteSu alcuni dispositivi, l'utente ha un accesso diretto limitato o nullo al firmware o necessita di strumenti specializzati. Al contrario, aggiornare i driver è solitamente un'operazione banale: il sistema operativo rileva automaticamente le nuove versioni oppure l'utente le installa con uno o due clic.
5. Conseguenze di un fallimentoSe qualcosa va storto con un driver, il risultato è solitamente che Quel dispositivo smette di funzionare correttamente su quel sistema operativo. (ad esempio, una tastiera che non risponde correttamente o una scheda grafica che non funziona correttamente), ma il dispositivo stesso rimane "vivo". Un guasto del firmware, d'altro canto, può rendere il dispositivo totalmente o parzialmente inutilizzabile; in casi estremi, diventa un "mattone" che non si accende nemmeno.
6. Presenza di controllori generici: molti OS essi comprendono driver generici Per i dispositivi comuni (tastiere, mouse, unità di archiviazione), questo consente all'hardware di funzionare, anche se le funzionalità avanzate vengono perse. Il firmware non offre questa possibilità: deve Fornirlo sempre dal produttore del dispositivo ed è assolutamente essenziale che abbia la funzionalità minima.

Firmware, driver e il concetto generale di software

È importante tenere presente che sia il firmware che i driver sono ancora... tipi specifici di softwareIl termine "software", coniato originariamente da Alan Turing e derivato dall'informatica moderna, comprende ogni programma eseguito su un sistema, dal sistema operativo alla più semplice applicazione.

All'interno di questa ampia categoria abbiamo diversi livelli: sistemi operativi, programmi utente, driver, firmware e persino il microcodice più interno di alcuni processori. Sono tutti software, ma con scopi molto diversi e diversi gradi di prossimità all'hardware.

Esiste un software essenziale affinché il sistema si avvii e sia utilizzabile (come il sistema operativo stesso, il firmware o alcuni driver critici) e un software destinato a facilitare compiti specifici (applicazioni per ufficio, progettazione, giochi, ecc.). Anche il il malware, come virus, trojan o worm, sono software, anche se con uno scopo palesemente dannoso.

Aggiornamenti firmware, driver e software: obiettivi e rischi

Al giorno d'oggi siamo abituati a ricevere notifiche di aggiornamenti quasi quotidianamente: dal browser, dal sistema, dal applicazioni dal cellulare… Ma Non tutti gli aggiornamenti hanno lo stesso scopo o lo stesso rischio. quando parliamo di firmware, driver e software in generale.

Il firmware viene solitamente aggiornato per correggere errori critici, chiudere vulnerabilità di sicurezza o aggiungere funzioni molto specifichePoiché il processo comporta la modifica di codice essenziale per l'avvio del dispositivo, è solitamente più delicato: un'interruzione di corrente o un'immagine danneggiata possono rendere il dispositivo inutilizzabile. Ecco perché i produttori non rilasciano aggiornamenti firmware con leggerezza.

Nel caso dei driver, gli aggiornamenti sono più frequenti e accessibiliVengono utilizzati per migliorare la compatibilità con le nuove versioni del sistema operativo, aggiungere supporto per nuovi modelli hardware, ottimizzare le prestazioni (come nel caso delle schede grafiche nei giochi) o correggere bug rilevati dagli utenti.

Il resto del software (applicazioni, servizi, ecc.) viene aggiornato ancora più spesso, con modifiche delle funzionalità, miglioramenti dell'interfaccia, patch di sicurezza e correzioni minori. I rischi di aggiornamento del software utente sono molto più bassi rispetto a chi modifica il firmware, anche se potrebbero sempre verificarsi incompatibilità o errori.

Per gestire il firmware, in molti dispositivi connessi è il sistema stesso che avvisa l'utente che è disponibile una nuova versione e guida il processo di aggiornamento. In altri casi, è necessario scaricare l'immagine dal sito web del produttore e avviare manualmente il processo, il che richiede maggiore attenzione. Con i driver, tuttavia, spesso è sufficiente lasciarli semplicemente in esecuzione. Windows UpdateSe ne occuperà il gestore dei pacchetti Linux o gli strumenti del produttore.

Firmware o driver? Un esempio pratico con un controller motore

Un modo molto utile per comprendere il confine tra firmware e driver è guardare un esempio reale. Immagina di avere un driver per motori passo-passo, come il TMC5130e sviluppi in C il codice che gestisce la comunicazione SPI o UART con quel chip, leggendo e scrivendo nei suoi registri.

Se quel codice è destinato a da registrare all'interno del microcontrollore Il programma che governa il sistema, parte dell'insieme di istruzioni eseguite all'interno del dispositivo stesso, è più precisamente definito firmware. È il programma che, dall'interno del dispositivo, controlla direttamente l'hardware e ne definisce il comportamento.

D'altra parte, se quello che stai scrivendo è una specie di libreria riutilizzabile che qualsiasi MCU o persino un sistema operativo può utilizzare Per comunicare con lo stesso controller del motore, questo rientra meglio nella definizione di driver. Si tratta di un livello intermedio riutilizzabile che fornisce un'interfaccia standard per comunicare con quell'hardware, isolando il resto del sistema dai dettagli di basso livello.

La confusione nasce perché nei sistemi embedded il confine tra firmware e driver è sfumato. a volte è sfocatoEsiste un codice di livello molto basso che potrebbe essere considerato entrambe le cose a seconda del contesto. Tuttavia, la domanda chiave è: questo codice risiede all'interno del dispositivo e fa parte della sua logica di base (firmware), oppure risiede nell'ambiente di sistema e funge da livello intermedio riutilizzabile (driver)?

Il firmware può essere modificato o "hackerato"?

Poiché il firmware è incorporato in una parte meno visibile del dispositivo, potrebbe sembrare intoccabile, ma È pur sempre codice.Pertanto è possibile analizzarlo, modificarlo e, in ultima analisi, "hackerarlo" nel senso più ampio del termine.

Li puoi trovare in molti forum specializzati Firmware modificati per tutti i tipi di dispositiviRouter con funzionalità extra, console che supportano software homebrew, lettori con nuovi formati supportati, ecc. Questi sono esempi di come, con le giuste conoscenze e gli strumenti giusti, questo codice può essere modificato per cambiare il comportamento del dispositivo.

Se farlo o meno è un'altra questione. In termini legali e di sicurezza, Di solito è una cattiva idea per l'utente medioLa modifica del firmware può violare i termini di utilizzo, invalidare la garanzia del dispositivo e, cosa ancora più grave, introdurre vulnerabilità o errori che lo rendono inutilizzabile.

Detto questo, ci sono specialisti capaci di rivitalizzare macchine obsolete o dare loro un nuovo utilizzo precisamente manipolandone il firmware. È un campo affascinante del reverse engineering, ma richiede conoscenze avanzate e comporta l'assunzione di rischi significativi.

Alla luce di tutto quanto sopra, diventa più chiaro che firmware, driver e software sono tre pezzi diversi dello stesso puzzle tecnologicoIl firmware è integrato nell'hardware e definisce la logica di base del dispositivo; i driver garantiscono che il sistema operativo possa comunicare con l'hardware in modo organizzato; e il software in generale, dal sistema stesso alle applicazioni, si basa su questi livelli per fornire le funzioni che utilizziamo quotidianamente. Comprendere queste differenze non solo ci aiuta a parlare con precisione, ma ci aiuta anche a sapere cosa stiamo modificando ogni volta che aggiorniamo qualcosa e perché alcuni aggiornamenti sono di routine mentre altri richiedono una gestione molto più attenta.