韦东山嵌入式linux系列-驱动进化之路：总线设备驱动模型

news2024/11/15 5:28:44

1 驱动编写的 3 种方法

以 LED 驱动为例

1.1 传统写法

使用哪个引脚，怎么操作引脚，都写死在代码中。
最简单，不考虑扩展性，可以快速实现功能。
修改引脚时，需要重新编译。

应用程序调用open等函数最简单的方法是驱动层也提供对应的drv_open，应用程序调用read，驱动层也提供对应的drv_read等等。需要写出驱动层的函数，为了便于管理，将这些函数放到file_operations结构体中，即第一步定义对应的file_operations结构体，并实现对应的open等程序（第一步）；实现完成之后，将file_operations结构体通过register_chrdev注册到内核（第二步）；然后通过入口函数调用注册函数（chrdev），安装驱动程序的时候，内核会调用入口函数，完成file_operations结构体的注册（第三步）；有入口函数就有出口函数（第四步）。对于字符设备驱动程序而言，file_operations结构体是核心，每一个驱动程序都对应file_operations结构体，内核中有众多file_operations结构体，怎么才能找到对应的结构体呢？

应用程序要访问驱动程序，需要打开一个设备结点，里面有主设备号，根据设备结点的主设备号在内核中找到对应的file_operations结构体。注册结构体时足以提供主设备号，可以让内核分配；最后就是完善信息，创建类，创建设备。

之后有了面向对象/分层/分离

1.2 总线设备驱动模型

引入 platform_device/platform_driver，将“资源”与“驱动”分离开来。
代码稍微复杂，但是易于扩展。
冗余代码太多，修改引脚时设备端的代码需要重新编译。
更换引脚时 ， 图中的led_drv.c基本不用改，但是需要修改led_dev.c。

左边是和具体硬件打交道，右边对应是抽象。通过总线bus管理

1.3 设备树

通过配置文件──设备树来定义“资源”（内核之外），会被编译成dtb文件，再传给内核，内核解析dtb文件，构造出一系列的platform device。
代码稍微复杂，但是易于扩展。
无冗余代码，修改引脚时只需要修改 dts 文件并编译得到 dtb 文件，把它传给内核。
无需重新编译内核/驱动。

2 在 Linux 中实现“分离”： Bus/Dev/Drv 模型

实例

有一个platform device，里面有resource，resource指向一个数组，里面定义了设备的资源（中断），平台设备指定资源；平台platform driver有probe函数，这个函数用来做驱动相关的事情；platform device和platform driver通过name建立联系。

找到platform_device.h（/include/linux）

有注册和注销函数

搜索，随便找一个是全局变量的

有一个platform device，里面有resource，resource指向一个数组，里面定义了设备的资源（中断），平台设备指定资源；平台platform driver有probe函数，这个函数用来做驱动相关的事情；platform device和platform driver通过name建立联系。

这里的resource需要遵守一定的规则

搜索platform driver-serial8250

platform device和platform driver是怎么挂钩的

搜索-serial8250_isa_driver

也是注册进内核

内核中有虚拟的总线platform_bus_type，有两个链表，左边是设备链表，右边是driver链表。当注册平台设备platform device时，平台设备就会放到左边的链表，当注册平台驱动platform driver时，平台驱动就会放入到右边的链表。放入之后就会和对方的成员比较，匹配成功就调用对应driver中的probe函数。

是否匹配成功

怎么匹配呢

参看源码

 * Platform device IDs are assumed to be encoded like this:
 * "<name><instance>", where <name> is a short description of the type of
 * device, like "pci" or "floppy", and <instance> is the enumerated
 * instance of the device, like '0' or '42'.  Driver IDs are simply
 * "<name>".  So, extract the <name> from the platform_device structure,
 * and compare it against the name of the driver. Return whether they match
 * or not.
 */
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 */
    // 1先用它
	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 */
    // 2再用它
	if (pdrv->id_table)
		return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

	/* fall-back to driver name match */
    // 3最后用它
	return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}


// 第2步
static const struct platform_device_id *platform_match_id(
			const struct platform_device_id *id,
			struct platform_device *pdev)
{
	while (id->name[0]) {
		if (strcmp(pdev->name, id->name) == 0) {
			pdev->id_entry = id;
			return id;
		}
		id++;
	}
	return NULL;
}

匹配过程是怎么启动的呢

3 匹配规则

3.1 最先比较

platform_device.driver_override 和 platform_driver.driver.name，可以设置 platform_device 的 driver_override，强制选择某个 platform_driver

3.2 然后比较

platform_device. name 和 platform_driver.id_table[i].name

Platform_driver.id_table 是“platform_device_id”指针，表示该 drv 支持若干个 device，它里面列出了各个 device 的{.name, .driver_data}，其中的“ name”表示该 drv 支持的设备的名字， driver_data 是些提供给该 device 的私有数据。

3.3 最后比较

platform_device.name 和 platform_driver.driver.name
platform_driver.id_table 可能为空，
这时可以根据 platform_driver.driver.name 来寻找同名的 platform_device。

3.4 函数调用关系
platform_device_register
platform_device_add
    device_add
        bus_add_device // 放入链表
        bus_probe_device // probe 枚举设备，即找到匹配的(dev, drv)
            device_initial_probe
                __device_attach
                    bus_for_each_drv(...,__device_attach_driver,...)
                        __device_attach_driver
                            driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配
                            driver_probe_device // 调用 drv 的 probe


platform_driver_register
    __platform_driver_register
        driver_register
            bus_add_driver // 放入链表
                driver_attach(drv)
                    bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);
                        __driver_attach
                            driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配
                            driver_probe_device // 调用 drv 的 probe

4 常用函数

这些函数可查看内核源码： drivers/base/platform.c，根据函数名即可知道其含义。下面摘取常用的几个函数

4.1 注册/反注册
platform_device_register/ platform_device_unregister
platform_driver_register/ platform_driver_unregister
platform_add_devices // 注册多个 device
4.2 获得资源

返回该 dev 中某类型(type)资源中的第几个(num)

struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *dev,
                                       unsigned int type,
                                       unsigned int num)

返回该 dev 所用的第几个(num)中断：

int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num)

通过名字(name)返回该 dev 的某类型(type)资源：

struct resource *platform_get_resource_byname(struct platform_device *dev,
                                              unsigned int type,
                                              const char *name)

通过名字(name)返回该 dev 的中断号

int platform_get_irq_byname(struct platform_device *dev， const char *name)

5 怎么写程序

5.1 分配/设置/注册 platform_device 结构体

在里面定义所用资源，指定设备名字。

5.2 分配/设置/注册 platform_driver 结构体

在 其 中 的 probe 函 数里，分配/设置/注册 file_operations 结构体 ，并从platform_device 中确实所用硬件资源， 指定 platform_driver 的名字。

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