Linux 驱动设备匹配过程

news2024/11/15 19:43:53

一、Linux 驱动-总线-设备模型

1、驱动分层        

        Linux内核需要兼容多个平台,不同平台的寄存器设计不同导致操作方法不同,故内核提出分层思想,抽象出与硬件无关的软件层作为核心层来管理下层驱动,各厂商根据自己的硬件编写驱动代码作为硬件驱动层

2、设备&总线&驱动

        Linux内核建立的 设备-总线-驱动 模型,定义如下:


1、device
include\linux\device.h
struct device {
    ...
    struct bus_type	*bus;		  /* type of bus device is on */
    struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this device */
    struct device_node	*of_node; /* associated device tree node */

    ...
}

2、driver
include\linux\device\driver.h
struct device_driver {
    ...
    struct bus_type		*bus;
    ...
}

3、bus
include\linux\bus\bus.h
struct bus_type {
    ...
	int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
	int (*probe)(struct device *dev);
    ...
}

        这里提到的是虚拟总线,总线能将对应的设备和驱动进行匹配,可以用下面的命令查看不同总线类型

/sys/bus # ls -l 
......
drwxr-xr-x 4 root root 0 2023-02-21 13:35 i2c
drwxr-xr-x 4 root root 0 2023-02-21 13:35 mmc
drwxr-xr-x 5 root root 0 2023-02-21 13:35 pci
drwxr-xr-x 4 root root 0 2023-02-20 07:09 platform
drwxr-xr-x 4 root root 0 2023-02-21 13:35 scsi
drwxr-xr-x 4 root root 0 2023-02-21 13:35 usb
......
总线类型描述
I2C总线挂在i2c总线(硬件)下的从设备,比如加密芯片、rtc芯片、触摸屏芯片等等都需要驱动,自然也要按照分离思想来设计。内核中的i2c 总线就是用来帮助i2c从设备的设备信息和驱动互相匹配的
Platform总线

像i2c、spi这样硬件有实体总线的,从设备驱动可以用总线来管理。那么没有总线的硬件外设怎么办?比如gpio、uart、i2c控制器、spi 控制器…等等,这些通通用 platform 总线来管理

二、驱动匹配设备过程简述

        在写驱动时会用到一些注册函数比如:platform_driver_register,spi_register_driver、i2c_add_driver,接下来分析内核驱动和设备匹配的流程,原理就是在注册到总线的时候,去获取对方的链表并根据规则检测,匹配后调用probe(),也就是驱动的入口函数

        以Platform Driver举例,整个匹配过程如下

2.1 整体调用逻辑

module_platform_driver
    |-- module_driver
        |-- __platform_driver_register
            |-- driver_register
                |-- bus_add_driver
                    |-- driver_attach
                        |-- bus_for_each_dev
                            |-- __driver_attach
                                |-- driver_match_device
                                    |-- platform_match
                                        |-- of_driver_match_device
                                            |-- of_match_device
                                                |-- __of_match_node
                                |-- driver_probe_device
                                    |-- really_probe
                                        |-- call_driver_probe
                                            |-- platform_probe
                                                |-- drv->probe()

2.1.1 module_platform_driver

        封装了一层,展开后实际上就是module_init和module_exit

/* module_platform_driver() - Helper macro for drivers that don't do
 * anything special in module init/exit.  This eliminates a lot of
 * boilerplate.  Each module may only use this macro once, and
 * calling it replaces module_init() and module_exit()
 */
#define module_platform_driver(__platform_driver) \
	module_driver(__platform_driver, platform_driver_register, \
			platform_driver_unregister)

        例如对于MTK某平台UFS驱动,传入__platform_driver 参数为

static struct platform_driver ufs_mtk_pltform = {
    .probe      = ufs_mtk_probe,
    .remove     = ufs_mtk_remove,
    .shutdown   = ufshcd_pltfrm_shutdown,
    .driver = {
        .name   = "ufshcd-mtk",
        .pm     = &ufs_mtk_pm_ops,
        .of_match_table = ufs_mtk_of_match,
     },
};
2.1.2 module_driver
/**
 * module_driver() - Helper macro for drivers that don't do anything
 * special in module init/exit. This eliminates a lot of boilerplate.
 * Each module may only use this macro once, and calling it replaces
 * module_init() and module_exit().
 *
 * @__driver: driver name
 * @__register: register function for this driver type
 * @__unregister: unregister function for this driver type
 * @...: Additional arguments to be passed to __register and __unregister.
 *
 * Use this macro to construct bus specific macros for registering
 * drivers, and do not use it on its own.
 */
#define module_driver(__driver, __register, __unregister, ...) \
static int __init __driver##_init(void) \
{ \
	return __register(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_init(__driver##_init); \
static void __exit __driver##_exit(void) \
{ \
	__unregister(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_exit(__driver##_exit);
2.1.3 __platform_driver_register

        注意此处的__register是传进来的__platform_driver_register

/**
 * __platform_driver_register - register a driver for platform-level devices
 * @drv: platform driver structure
 * @owner: owning module/driver
 */
int __platform_driver_register(struct platform_driver *drv,
		struct module *owner)
{
    drv->driver.owner = owner;
    drv->driver.bus = &platform_bus_type;
  
    return driver_register(&drv->driver);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_register);

        对bus参数进行赋值 

struct bus_type platform_bus_type = {
    .name		= "platform",
    .dev_groups	= platform_dev_groups,
    .match	= platform_match,
    .uevent	= platform_uevent,
    .probe	= platform_probe,
    .remove	= platform_remove,
    .shutdown	= platform_shutdown,
    .dma_configure= platform_dma_configure,
    .dma_cleanup= platform_dma_cleanup,
    .pm	= &platform_dev_pm_ops,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);
2.1.4 driver_register
/**
 * driver_register - register driver with bus
 * @drv: driver to register
 *
 * We pass off most of the work to the bus_add_driver() call,
 * since most of the things we have to do deal with the bus
 * structures.
 */
int driver_register(struct device_driver *drv)
{
    ......
	other = driver_find(drv->name, drv->bus);
	if (other) {
		pr_err("Error: Driver '%s' is already registered, "
			"aborting...\n", drv->name);
		return -EBUSY;
	}

	ret = bus_add_driver(drv);
    ......
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(driver_register);
2.1.5 bus_add_driver

        drv->bus->p->drivers_autoprobe默认是1,结构体定义时就赋值了

struct subsys_private {
    ...
    unsigned int drivers_autoprobe:1;    
}
/**
 * bus_add_driver - Add a driver to the bus.
 * @drv: driver.
 */
int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
{
    ......
    if (drv->bus->p->drivers_autoprobe) {
		error = driver_attach(drv);
		if (error)
			goto out_del_list;
	}
    ......
}
2.1.6 driver_attach
/**
 * driver_attach - try to bind driver to devices.
 * @drv: driver.
 *
 * Walk the list of devices that the bus has on it and try to
 * match the driver with each one.  If driver_probe_device()
 * returns 0 and the @dev->driver is set, we've found a
 * compatible pair.
 */
int driver_attach(struct device_driver *drv)
{
	return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(driver_attach);
2.1.7 bus_for_each_dev

        此函数 fn 即为  __driver_attach 函数指针,data参数 是 drv

int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start,
		     void *data, int (*fn)(struct device *, void *))
{
	struct klist_iter i;
	struct device *dev;
	int error = 0;

	if (!bus || !bus->p)
		return -EINVAL;

	klist_iter_init_node(&bus->p->klist_devices, &i,
			     (start ? &start->p->knode_bus : NULL));
	while (!error && (dev = next_device(&i)))
		error = fn(dev, data);
	klist_iter_exit(&i);
	return error;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(bus_for_each_dev);
2.1.8 __driver_attach 
static int __driver_attach(struct device *dev, void *data){
    ......
    ret = driver_match_device(drv, dev);
    ......
    ret = driver_probe_device(drv, dev);
    ......
}
2.1.8.1 driver_match_device
static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv,
				      struct device *dev)
{
	return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;
}

/* 返回 1 是可以继续往下走的 ret <= 0 不行*/

        可以看到在Register时有match回调 

struct bus_type platform_bus_type = {
    ......
    .match	= platform_match,
    .probe	= platform_probe,
    ......
};
2.1.8.2 platform_match
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
	struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
	struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

	/* When driver_override is set, only bind to the matching driver */
	if (pdev->driver_override)
		return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);

	/* Attempt an OF style match first */
	if (of_driver_match_device(dev, drv))
		return 1;

	/* Then try ACPI style match */
	if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
		return 1;

	/* Then try to match against the id table */
	if (pdrv->id_table)
		return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

	/* fall-back to driver name match */
	return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}
2.1.8.3 of_driver_match_device
/**
 * of_driver_match_device - Tell if a driver's of_match_table matches a device.
 * @drv: the device_driver structure to test
 * @dev: the device structure to match against
 */
static inline int of_driver_match_device(struct device *dev,
					 const struct device_driver *drv)
{
	return of_match_device(drv->of_match_table, dev) != NULL;
}

         of_match_table定义如下

static struct platform_driver ufs_mtk_pltform = {
    .probe      = ufs_mtk_probe,
    .remove     = ufs_mtk_remove,
    .shutdown   = ufshcd_pltfrm_shutdown,
    .driver = {
        .name   = "ufshcd-mtk",
        .pm     = &ufs_mtk_pm_ops,
        .of_match_table = ufs_mtk_of_match,
     },
};
static const struct of_device_id ufs_mtk_of_match[] = {
    { .compatible = "mediatek,mtxxxx-ufshci" },
};
2.1.8.4 of_match_device
const struct of_device_id *of_match_device(const struct of_device_id *matches,
                    const struct device *dev)
{
    if (!matches || !dev->of_node || dev->of_node_reused)
           return NULL;
    return of_match_node(matches, dev->of_node);
}
EXPORT_SYMBOL(of_match_device);
2.1.8.5 of_match_node
const struct of_device_id *of_match_node(const struct of_device_id *matches,
                    const struct device_node *node)
{
    match = __of_match_node(matches, node);
}
EXPORT_SYMBOL(of_match_node);
2.1.8.6 __of_match_node
static
const struct of_device_id *__of_match_node(const struct of_device_id *matches,
                        const struct device_node *node)
{

for (; matches->name[0] ||
       matches->type[0] || 
       matches->compatible[0]; matches++) { 
    /* 每次循环,选择Vendor驱动中的match table结构体数组的下一个比较 */
    score = __of_device_is_compatible(node, matches->compatible,
    matches->type, matches->name);
	if (score > best_score) {
	    best_match = matches;
	    best_score = score;
	}
    }
    return best_match;
}
2.1.8.7 __of_device_is_compatible
static int __of_device_is_compatible(const struct device_node *device,
            const char *compat, const char *type, const char *name)
{
    ......
    if (of_compat_cmp(cp, compat, strlen(compat)) == 0) {
           score = INT_MAX/2 - (index << 2);
           break;
    }
    ......
}

        cp即为从设备树节点中获取的compatible信息,示例如下

ufshci: ufshci@112b0000 {
        compatible = "mediatek,mtxxxx-ufshci";
        reg = <0 0x112b0000 0 0x2a00>;
}

【参考博客】

[1] Linux设备驱动和设备匹配过程_linux驱动和设备匹配过程-CSDN博客

[2] platform 总线_怎么查询platform 总线-CSDN博客

[3] Linux Driver 和Device匹配过程分析(1)_linux设备驱动和设备树的match过程-CSDN博客

[4] Linux驱动(四)platform总线匹配过程_platform平台设备匹配过程-CSDN博客

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