platform 设备驱动实验

Posted 2021-12-09 行稳方能走远

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了platform 设备驱动实验相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单，都是对IO 进行最简单的读写操作。像I2C、SPI、LCD 等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了，Linux 系统要考虑到驱动的可重用性，因此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路，在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的platform 设备驱动，也叫做平台设备驱动。本章我们就来学习一下Linux 下的驱动分离与分层，以及platform 框架下的设备驱动该如何编写。

Linux 驱动的分离与分层

驱动的分隔与分离

对于Linux 这样一个成熟、庞大、复杂的操作系统，代码的重用性非常重要，否则的话就会在Linux 内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序，因为驱动程序占用了Linux内核代码量的大头，如果不对驱动程序加以管理，任由重复的代码肆意增加，那么用不了多久Linux 内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。

假如现在有三个平台A、B 和C，这三个平台(这里的平台说的是SOC)上都有MPU6050 这个I2C 接口的六轴传感器，按照我们写裸机I2C 驱动的时候的思路，每个平台都有一个MPU6050的驱动，因此编写出来的最简单的驱动框架如图54.1.1 所示：

从图54.1.1.1 可以看出，每种平台下都有一个主机驱动和设备驱动，主机驱动肯定是必须要的，毕竟不同的平台其I2C 控制器不同。但是右侧的设备驱动就没必要每个平台都写一个，因为不管对于那个SOC 来说，MPU6050 都是一样，通过I2C 接口读写数据就行了，只需要一个MPU6050 的驱动程序即可。如果再来几个I2C 设备，比如AT24C02、FT5206(电容触摸屏)
等，如果按照图54.1.1 中的写法，那么设备端的驱动将会重复的编写好几次。显然在Linux 驱动程序中这种写法是不推荐的，最好的做法就是每个平台的I2C 控制器都提供一个统一的接口(也叫做主机驱动)，每个设备的话也只提供一个驱动程序(设备驱动)，每个设备通过统一的I2C接口驱动来访问，这样就可以大大简化驱动文件，比如54.1.1 中三种平台下的MPU6050 驱动
框架就可以简化为图54.1.1.2 所示：

实际的I2C 驱动设备肯定有很多种，不止MPU6050 这一个，那么实际的驱动架构如图54.1.1.3 所示：

这个就是驱动的分隔，也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来，比如I2C、SPI 等等都会采用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。在实际的驱动开发中，一般I2C 主机控制器驱动已经由半导体厂家编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如I2C 设备的话提供设备连接到了哪个I2C 接口上，I2C 的速度是多少等等。相当
于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线
搭桥，如图54.1.1.4 所示：

当我们向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备，有的话也联系起来。Linux 内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式，我们一会要重点讲解的platform 驱动就是这一思想下的产
物。

驱动的分层

上一小节讲了驱动的分隔与分离，本节我们来简单看一下驱动的分层，大家应该听说过网络的7 层模型，不同的层负责不同的内容。同样的，Linux 下的驱动往往也是分层的，分层的目的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统，后面会有专门的章节详细的讲解)为例，简单介绍一下驱动的分层。input 子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等，最底层的就是设备原始驱动，负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给input 核心层。input 核心层会处理各种IO 模型，并且提供file_operations 操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即可，至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的，我们不用管。可以看出借助分层模型可以极大的简化我们的驱动编写，对于驱动编写来说非常的友好。

platform 平台驱动模型简介

前面我们讲了设备驱动的分离，并且引出了总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，比如I2C、SPI、USB 等总线。但是在SOC 中有些外设是没有总线这个概念的，但是又要使用总线、驱动和设备模型该怎么办呢？为了解决此问题，Linux 提出了platform 这个虚拟总线，相应的就有platform_driver 和platform_device。

platform 总线

Linux 系统内核使用bus_type 结构体表示总线，此结构体定义在文件include/linux/device.h，bus_type 结构体内容如下：

1 struct bus_type {
2 const char *name; /* 总线名字*/
3 const char *dev_name;
4 struct device *dev_root;
5 struct device_attribute *dev_attrs;
6 const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性*/
7 const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性*/
8 const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性*/
9
10 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
11 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
12 int (*probe)(struct device *dev);
13 int (*remove)(struct device *dev);
14 void (*shutdown)(struct device *dev);
15
16 int (*online)(struct device *dev);
17 int (*offline)(struct device *dev);
18 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
19 int (*resume)(struct device *dev);
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21 const struct iommu_ops *iommu_ops;
22 struct subsys_private *p;
23 struct lock_class_key lock_key;
24 };

第10 行，match 函数，此函数很重要，单词match 的意思就是“匹配、相配”，因此此函数就是完成设备和驱动之间匹配的，总线就是使用match 函数来根据注册的设备来查找对应的驱动，或者根据注册的驱动来查找相应的设备，因此每一条总线都必须实现此函数。match 函数有两个参数：dev 和drv，这两个参数分别为device 和device_driver 类型，也就是设备和驱动。

platform 总线是bus_type 的一个具体实例，定义在文件drivers/base/platform.c，platform 总线定义如下：

1 struct bus_type platform_bus_type = {
2 .name = "platform",
3 .dev_groups = platform_dev_groups,
4 .match = platform_match,
5 .uevent = platform_uevent,
6 .pm = &platform_dev_pm_ops,
7 };

platform_bus_type 就是platform 平台总线，其中platform_match 就是匹配函数。我们来看一下驱动和设备是如何匹配的，platform_match 函数定义在文件drivers/base/platform.c 中，函数内容如下所示：

1 static int platform_match(struct device *dev,
struct device_driver *drv)
2 {
3 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
4 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
5
6 /*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/
7 if (pdev->driver_override)
8 return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
9
10 /* Attempt an OF style match first */
11 if (of_driver_match_device(dev, drv))
12 return 1;
13
14 /* Then try ACPI style match */
15 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
16 return 1;
17
18 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
19 int (*resume)(struct device *dev);
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21 const struct iommu_ops *iommu_ops;
22 struct subsys_private *p;
23 struct lock_class_key lock_key;
24 };

platform 总线是bus_type 的一个具体实例，定义在文件drivers/base/platform.c，platform 总线定义如下：

1 struct bus_type platform_bus_type = {
2 .name = "platform",
3 .dev_groups = platform_dev_groups,
4 .match = platform_match,
5 .uevent = platform_uevent,
6 .pm = &platform_dev_pm_ops,
7 };

1 static int platform_match(struct device *dev,
struct device_driver *drv)
2 {
3 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
4 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
5
6 /*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/
7 if (pdev->driver_override)
8 return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
9
10 /* Attempt an OF style match first */
11 if (of_driver_match_device(dev, drv))
12 return 1;
13
14 /* Then try ACPI style match */
15 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
16 return 1;
17
18 /* Then try to match against the id table */
19 if (pdrv->id_table)
20 return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
21
22 /* fall-back to driver name match */
23 return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
24 }

驱动和设备的匹配有四种方法，我们依次来看一下：
第11~12 行，第一种匹配方式，OF 类型的匹配，也就是设备树采用的匹配方式，of_driver_match_device 函数定义在文件include/linux/of_device.h 中。device_driver 结构体(表示设备驱动)中有个名为of_match_table 的成员变量，此成员变量保存着驱动的compatible 匹配表，设备树中的每个设备节点的compatible 属性会和of_match_table 表中的所有成员比较，查看是否有相同的条目，如果有的话就表示设备和此驱动匹配，设备和驱动匹配成功以后probe 函数就会执行。
第15~16 行，第二种匹配方式，ACPI 匹配方式。
第19~20 行，第三种匹配方式，id_table 匹配，每个platform_driver 结构体有一个id_table成员变量，顾名思义，保存了很多id 信息。这些id 信息存放着这个platformd 驱动所支持的驱动类型。
第23 行，第四种匹配方式，如果第三种匹配方式的id_table 不存在的话就直接比较驱动和设备的name 字段，看看是不是相等，如果相等的话就匹配成功。
对于支持设备树的Linux 版本号，一般设备驱动为了兼容性都支持设备树和无设备树两种匹配方式。也就是第一种匹配方式一般都会存在，第三种和第四种只要存在一种就可以，一般用的最多的还是第四种，也就是直接比较驱动和设备的name 字段，毕竟这种方式最简单了。

platform 驱动

platform_driver 结构体表示platform 驱动，此结构体定义在文件
include/linux/platform_device.h 中，内容如下：

1 struct platform_driver {
2 int (*probe)(struct platform_device *);
3 int (*remove)(struct platform_device *);
4 void (*shutdown)(struct platform_device *);
5 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
6 int (*resume)(struct platform_device *);
7 struct device_driver driver;
8 const struct platform_device_id *id_table;
9 bool prevent_deferred_probe;
10 };

第2 行，probe 函数，当驱动与设备匹配成功以后probe 函数就会执行，非常重要的函数！！一般驱动的提供者会编写，如果自己要编写一个全新的驱动，那么probe 就需要自行实现。
第7 行，driver 成员，为device_driver 结构体变量，Linux 内核里面大量使用到了面向对象的思维，device_driver 相当于基类，提供了最基础的驱动框架。plaform_driver 继承了这个基类，然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。

第8 行，id_table 表，也就是我们上一小节讲解platform 总线匹配驱动和设备的时候采用的第三种方法，id_table 是个表( 也就是数组) ，每个元素的类型为platform_device_id ，platform_device_id 结构体内容如下：

1 struct platform_device_id {
2 char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
3 kernel_ulong_t driver_data;
4 };

device_driver 结构体定义在include/linux/device.h，device_driver 结构体内容如下：

1 struct device_driver {
2 const char *name;
3 struct bus_type *bus;
4
5 struct module *owner;
6 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
7
8 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
9
10 const struct of_device_id *of_match_table;
11 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
12
13 int (*probe) (struct device *dev);
14 int (*remove) (struct device *dev);
15 void (*shutdown) (struct device *dev);
16 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
17 int (*resume) (struct device *dev);
18 const struct attribute_group **groups;
19
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21
22 struct driver_private *p;
23 };

第10 行，of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表，同样是数组，每个匹配项都为of_device_id 结构体类型，此结构体定义在文件include/linux/mod_devicetable.h 中，内容如下：

1 struct of_device_id {
2 char name[32];
3 char type[32];
4 char compatible[128];
5 const void *data;
6 };

第4 行的compatible 非常重要，因为对于设备树而言，就是通过设备节点的compatible 属性值和of_match_table 中每个项目的compatible 成员变量进行比较，如果有相等的就表示设备和此驱动匹配成功。

在编写platform 驱动的时候，首先定义一个platform_driver 结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后probe函数就会执行，具体的驱动程序在probe 函数里面编写，比如字符设备驱动等等。

当我们定义并初始化好platform_driver 结构体变量以后，需要在驱动入口函数里面调用platform_driver_register 函数向Linux 内核注册一个platform 驱动，platform_driver_register 函数原型如下所示：

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)

函数参数和返回值含义如下：
driver：要注册的platform 驱动。
返回值：负数，失败；0，成功。
还需要在驱动卸载函数中通过platform_driver_unregister 函数卸载platform 驱动，platform_driver_unregister 函数原型如下：

void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)

函数参数和返回值含义如下：
drv：要卸载的platform 驱动。
返回值：无。
platform 驱动框架如下所示：

/* 设备结构体*/
1 struct xxx_dev{
2 struct cdev cdev;
3 /* 设备结构体其他具体内容*/
4 };
5
6 struct xxx_dev xxxdev; /* 定义个设备结构体变量*/
7
8 static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
9 {
10 /* 函数具体内容*/
11 return 0;
12 }
13
14 static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
15 {
16 /* 函数具体内容*/
17 return 0;
18 }
19
20 /*
21 * 字符设备驱动操作集
22 */
23 static struct file_operations xxx_fops = {
24 .owner = THIS_MODULE,
25 .open = xxx_open,
26 .write = xxx_write,
27 };
28
29 /*
30 * platform驱动的probe函数
31 * 驱动与设备匹配成功以后此函数就会执行
32 */
33 static int xxx_probe(struct platform_device *dev)
34 {
35 ......
36 cdev_init(&xxxdev.cdev, &xxx_fops); /* 注册字符设备驱动*/
37 /* 函数具体内容*/
38 return 0;
39 }
40
41 static int xxx_remove(struct platform_device *dev)
42 {
43 ......
44 cdev_del(&xxxdev.cdev);/* 删除cdev */
45 /* 函数具体内容*/
46 return 0;
47 }
48
49 /* 匹配列表*/
50 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
51 { .compatible = "xxx-gpio" },
52 { /* Sentinel */ }
53 };
54
55 /*
56 * platform平台驱动结构体
57 */
58 static struct platform_driver xxx_driver = {
59 .driver = {
60 .name = "xxx",
61 .of_match_table = xxx_of_match,
62 },
63 .probe = xxx_probe,
64 .remove = xxx_remove,
65 };
66
67 /* 驱动模块加载*/
68 static int __init xxxdriver_init(void)
69 {
70 return platform_driver_register(&xxx_driver);
71 }
72
73 /* 驱动模块卸载*/
74 static void __exit xxxdriver_exit(void)
75 {
76 platform_driver_unregister(&xxx_driver);
77 }
78
79 module_init(xxxdriver_init);
80 module_exit(xxxdriver_exit);
81 MODULE_LICENSE("GPL");
82 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

第1~27 行，传统的字符设备驱动，所谓的platform 驱动并不是独立于字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动之外的其他种类的驱动。platform 只是为了驱动的分离与分层而提出来的一种框架，其驱动的具体实现还是需要字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动。

第33~39 行，xxx_probe 函数，当驱动和设备匹配成功以后此函数就会执行，以前在驱动入口init 函数里面编写的字符设备驱动程序就全部放到此probe 函数里面。比如注册字符设备驱动、添加cdev、创建类等等。

第41~47 行，xxx_remove 函数，platform_driver 结构体中的remove 成员变量，当关闭platfor备驱动的时候此函数就会执行，以前在驱动卸载exit 函数里面要做的事情就放到此函数中来。比如，使用iounmap 释放内存、删除cdev，注销设备号等等。

第50~53 行，xxx_of_match 匹配表，如果使用设备树的话将通过此匹配表进行驱动和设备的匹配。第51 行设置了一个匹配项，此匹配项的compatible 值为“xxx-gpio”，因此当设备树中设备节点的compatible 属性值为“xxx-gpio”的时候此设备就会与此驱动匹配。

第52 行是一个标记，of_device_id 表最后一个匹配项必须是空的。

第58~ 65 行，定义一个platform_driver 结构体变量xxx_driver，表示platform 驱动，

第59~62行设置paltform_driver 中的device_driver 成员变量的name 和of_match_table 这两个属性。其中name 属性用于传统的驱动与设备匹配，也就是检查驱动和设备的name 字段是不是相同。of_match_table 属性就是用于设备树下的驱动与设备检查。对于一个完整的驱动程序，必须提供
有设备树和无设备树两种匹配方法。最后63 和64 这两行设置probe 和remove 这两成员变量。

第68~71 行，驱动入口函数，调用platform_driver_register 函数向Linux 内核注册一个platform驱动，也就是上面定义的xxx_driver 结构体变量。

第74~77 行，驱动出口函数，调用platform_driver_unregister 函数卸载前面注册的platform驱动。

总体来说，platform 驱动还是传统的字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动，只是套上了一张“platform”的皮，目的是为了使用总线、驱动和设备这个驱动模型来实现驱动的分离与分层。

platform 设备

platform 驱动已经准备好了，我们还需要platform 设备，否则的话单单一个驱动也做不了什么。platform_device 这个结构体表示platform 设备，这里我们要注意，如果内核支持设备树的话就不要再使用platform_device 来描述设备了，因为改用设备树去描述了。当然了，你如果一定要用platform_device 来描述设备信息的话也是可以的。platform_device 结构体定义在文件
include/linux/platform_device.h 中，结构体内容如下：

22 struct platform_device {
23 const char *name;
24 int id;
25 bool id_auto;
26 struct device dev;
27 u32 num_resources;
28 struct resource *resource;
29
30 const struct platform_device_id *id_entry;
31 char *driver_override; /* Driver name to force a match */
32
33 /* MFD cell pointer */
34 struct mfd_cell *mfd_cell;
35
Linux 自带的LED 灯驱动实验
 6设备树实践操作
 环境初始化  Build and Install the Apache Thrift IDL Compiler  Install the Platform Development Tools(代码片段
 Flutter 报错 DioError [DioErrorType.DEFAULT]: Bad state: Insecure HTTP is not allowed by platform(代码片段
 C#程序员经常用到的10个实用代码片段
 Linux MISC 驱动实验