Linux驅動之平臺設備驅動模型簡析（驅動分離分層概念的建立）
Linux設備模型的目的：為內核建立一個統一的設備模型，從而有一個對系統結構的一般性抽象描述。換句話說，Linux設備模型提取了設備操作的共同屬性，進行抽象，並將這部分共同的屬性在內核中實現，而為需要新添加設備或驅動提供一般性的統一接口，這使得驅動程序的開發變得更簡單了，而程序員只需要去學習接口就行了。
對於整個設備總線驅動模型的樣子，如下圖。簡單來說，bus 負責維護註冊進來的devcie 與 driver，每註冊進來一個device 或者 driver 都會調用 Bus->match 函數 將device 與 driver 進行配對，並將它們加入鏈表，如果配對成功，調用Bus->probe或者driver->probe函數。註意：一個device 只能配對一個driver；而一個driver可以對應多個device。其它諸如devices_kset、kobject_uevent這裏不關心，這個涉及的內容比較深入，暫時不去分析。
platform平臺設備驅動是基於設備總線驅動模型的，如下圖，這篇主要是記錄平臺設備的驅動與設備的註冊匹配過程
以上參考自
platform_bus提供platform_device_register、platform_driver_register等函數供platform_device層與platform_driver調用。
platform_driver屬於驅動層，會在裏面提供file_operations結構體供應用層調用、創建設備節點文件對應相應的驅動
platform_device屬於設備層，會在裏面提供resource資源文件供驅動層調用
下面是一個例子，分別編寫了Led_dev.c設備文件和Led_drv.c驅動文件。列出程序源碼，再根據源碼分析Led_dev與Led_drv註冊與匹配過程
Led_dev.c的程序源碼：
#include <linux/module.h> #include <linux/version.h> #include <linux/init.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/types.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/list.h> #include <linux/timer.h> #include <linux/init.h> #include<linux/serial_core.h> #include <linux/platform_device.h> /* 分配/設置/註冊一個platform_device */ static struct resource led_resource[] = { [0] = { .start = 0x56000050, .end = 0x56000050 + 8 - 1, .flags = IORESOURCE_MEM, }, [1] = { .start = 5, .end = 5, .flags = IORESOURCE_IRQ, } }; static void led_release(struct device * dev) { } static struct platform_device led_dev = { .name = "myled", .id = -1, .num_resources = ARRAY_SIZE(led_resource), .resource = led_resource, .dev = { .release = led_release, }, }; static int led_dev_init(void) { platform_device_register(&led_dev); return 0; } static void led_dev_exit(void) { platform_device_unregister(&led_dev); } module_init(led_dev_init); module_exit(led_dev_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
Led_drv.c的程序源碼：
/* 分配/設置/註冊一個platform_driver */ #include <linux/module.h> #include <linux/version.h> #include <linux/init.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/irq.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/pm.h> #include <linux/sysctl.h> #include <linux/proc_fs.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/input.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/io.h> static int major; static struct class *cls; static volatile unsigned long *gpio_con; static volatile unsigned long *gpio_dat; static int pin; static int led_open(struct inode *inode, struct file *file) { //printk("first_drv_open\n"); /* 配置為輸出 */ *gpio_con &= ~(0x3<<(pin*2)); *gpio_con |= (0x1<<(pin*2)); return 0; } static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos) { int val; //printk("first_drv_write\n"); copy_from_user(&val, buf, count); // copy_to_user(); if (val == 1) { // 點燈 *gpio_dat &= ~(1<<pin); } else { // 滅燈 *gpio_dat |= (1<<pin); } return 0; } static struct file_operations led_fops = { .owner = THIS_MODULE, /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量 */ .open = led_open, .write = led_write, }; static int led_probe(struct platform_device *pdev) { struct resource *res; /* 根據platform_device的資源進行ioremap */ res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); gpio_con = ioremap(res->start, res->end - res->start + 1); gpio_dat = gpio_con + 1; res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0); pin = res->start; /* 註冊字符設備驅動程序 */ printk("led_probe, found led\n"); major = register_chrdev(0, "myled", &led_fops); cls = class_create(THIS_MODULE, "myled"); class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); /* /dev/led */ return 0; } static int led_remove(struct platform_device *pdev) { /* 卸載字符設備驅動程序 */ /* iounmap */ printk("led_remove, remove led\n"); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0)); class_destroy(cls); unregister_chrdev(major, "myled"); iounmap(gpio_con); return 0; } struct platform_driver led_drv = { .probe = led_probe, .remove = led_remove, .driver = { .name = "myled", } }; static int led_drv_init(void) { platform_driver_register(&led_drv); return 0; } static void led_drv_exit(void) { platform_driver_unregister(&led_drv); } module_init(led_drv_init); module_exit(led_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
將上面兩個程序編譯後得到Led_dev.ko和Led_drv.ko兩個模塊，假設先加載Led_dev.ko文件：insmod Led_drv.ko。
列出執行加載操作後的程序流程：加載後會先調用led_drv_init函數，這個函數只是調用platform_driver_register函數。
platform_driver_register(&led_drv); led_drv->driver.bus = &platform_bus_type;//platform_bus_type裏面含有platform_match匹配函數 led_drv->driver.probe = platform_drv_probe; led_drv->driver.remove = platform_drv_remove; driver_register(&led_drv->driver); bus_add_driver(&led_drv->driver); driver_attach(&led_drv->driver); bus_for_each_dev(led_drv->driver->bus, NULL, &led_drv->driver, __driver_attach); while ((dev = next_device(&i)) && !error) { __driver_attach(dev, led_drv->driver); driver_probe_device(drv, dev); drv->bus->match(&led_dev->dev, drv);//最終調用到這個函數匹配，找到這個函數其實是platform_match函數 really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功調用 dev->driver = drv;//匹配驅動 drv->probe(dev);//調用led_drv->driver.probe函數 }
首先platform_driver_register函數會初始化driver.bus、driver.probe、driver.remove等變量
int platform_driver_register(struct platform_driver *drv) { drv->driver.bus = &platform_bus_type; if (drv->probe) drv->driver.probe = platform_drv_probe; if (drv->remove) drv->driver.remove = platform_drv_remove; if (drv->shutdown) drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown; if (drv->suspend) drv->driver.suspend = platform_drv_suspend; if (drv->resume) drv->driver.resume = platform_drv_resume; return driver_register(&drv->driver); }
其中platform_bus_type裏含有platform_match函數，這個函數最終會被調用用來匹配Led_dev與Led_drv。
struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", .dev_attrs = platform_dev_attrs, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .suspend = platform_suspend, .suspend_late = platform_suspend_late, .resume_early = platform_resume_early, .resume = platform_resume, };
static int platform_match(struct device * dev, struct device_driver * drv) { struct platform_device *pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev); return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);//根據名稱匹配dev與drv }
接著看到driver_register函數，通過層層調用，最終會從dev鏈表搜索，通過platform_match函數找到與Led_drv匹配的Led_dev。找到後調用really_probe函數，really_probe函數先是執行dev->driver = drv;這樣就將dev與drv聯系起來了，接著調用led_probe函數，初始化驅動。因為這時候還沒有註冊Led_dev.ko所以不會匹配成功。
接著加載Led_dev.ko文件：insmod Led_dev.ko。列出執行加載操作後的程序流程：加載後會先調用led_dev_init函數，這個函數只是調用platform_device_register函數。
platform_device_register(&led_dev); platform_device_add(&led_dev) device_add(&led_dev->dev); bus_attach_device(&led_dev->dev); device_attach(&led_dev->dev); if (dev->driver) {//如果設備的驅動程序已經存在 { device_bind_driver( &led_dev->dev);//試著鏈接驅動 } bus_for_each_drv(led_dev->dev->bus, NULL, &led_dev->dev, __device_attach); while ((drv = next_driver(&i)) && !error) { __device_attach(drv, &led_dev->dev); driver_probe_device(drv, &led_dev->dev); drv->bus->match(&led_dev->dev, drv);//最終調用到這個函數匹配，找到這個函數其實是platform_match函數 really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功調用 rv->bus->match(&led_dev->dev, drv);//最終調用到這個函數匹配，找到這個函數其實是platform_match函數 really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功調用 }
通過層層調用，最終定位到device_attach函數與Led_drv不同的是，Led_dev首先會確認自己是否已經有驅動存在，如果不存在才會從drv鏈表搜索，通過platform_match函數找到與Led_dev匹配的Led_drv。找到後調用really_probe函數，really_probe函數先是執行dev->driver = drv;這樣就將dev與drv聯系起來了，接著調用led_probe函數，初始化驅動。
static int led_probe(struct platform_device *pdev) { struct resource *res; /* 根據platform_device的資源進行ioremap */ res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); gpio_con = ioremap(res->start, res->end - res->start + 1); gpio_dat = gpio_con + 1; res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0); pin = res->start; /* 註冊字符設備驅動程序 */ printk("led_probe, found led\n"); major = register_chrdev(0, "myled", &led_fops); cls = class_create(THIS_MODULE, "myled"); class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); /* /dev/led */ return 0; }
在led_probe中，首先會從Led_dev的led_probe中獲得相應的led_resource信息來配置IO端口，接著註冊字符設備，然後創建設備描述符文件。這就是平臺設備驅動模型整個註冊匹配的過程。
與註冊過程相反rmmod Led_drv最終會調用led_remove函數
static int led_remove(struct platform_device *pdev) { /* 卸載字符設備驅動程序 */ /* iounmap */ printk("led_remove, remove led\n"); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0)); class_destroy(cls); unregister_chrdev(major, "myled"); iounmap(gpio_con); return 0; }
而執行rmmod Led_dev最終會通過層層調用到led_release函數，所以led_release函數必不可少，即使它是空的函數，什麽也沒做
static void led_release(struct device * dev) { }
以上全部就是對驅動的分離分層的實現。通過平臺設備驅動模型實現。
Linux驅動之平臺設備驅動模型簡析（驅動分離分層概念的建立）