Linux 设备驱动开发 —— platform设备驱动应用实例解析

Posted 2020-09-22 专注it

前面我们已经学习了platform设备的理论知识Linux 设备驱动开发 —— platform 设备驱动 ，下面将通过一个实例来深入我们的学习。

       

一、platform 驱动的工作过程

        platform模型驱动编程，platform 驱动只是在字符设备驱动外套一层platform_driver 的外壳。

     在一般情况下，2.6内核中已经初始化并挂载了一条platform总线在sysfs文件系统中。那么我们编写platform模型驱动时，需要完成两个工作：

a -- 实现platform驱动 

架构就很简单，如下所示：

platform驱动模型三个对象：platform总线、platform设备、platform驱动。

platform总线对应的内核结构：struct bus_type-->它包含的最关键的函数：match() (要注意的是，这块由内核完成，我们不参与)

platform设备对应的内核结构：struct platform_device-->注册：platform_device_register(unregister)

platform驱动对应的内核结构：struct platform_driver-->注册：platform_driver_register(unregister)

       

那具体platform驱动的工作过程是什么呢：

     如果先注册设备，驱动还没有注册，那么设备在被注册到总线上时，将不会匹配到与自己同名的驱动，然后在驱动注册到总线上时，因为设备已注册，那么总线会立即匹配与绑定这时的同名的设备与驱动，再调用驱动中的probe函数等；

如果是驱动先注册，同设备驱动一样先会匹配失败，匹配失败将导致它的probe函数暂不调用，而是要等到设备注册成功并与自己匹配绑定后才会调用。

二、实现platform 驱动与设备的详细过程

1、思考问题？

      在分析platform 之前，可以先思考一下下面的问题：

a -- 为什么要用 platform 驱动？不用platform驱动可以吗？

b -- 设备驱动中引入platform 概念有什么好处？

        现在先不回答，看完下面的分析就明白了，后面会附上总结。

2、platform_device 结构体 VS platform_driver 结构体

      这两个结构体分别描述了设备和驱动，二者有什么关系呢？先看一下具体结构体对比

 

设备（硬件部分）：中断号，寄存器，DMA等                    platform_device 结构体	驱动（软件部分）                          platform_driver 结构体
struct platform_device {     const char    *name;       名字     int        id;     bool        id_auto;     struct device    dev;   硬件模块必须包含该结构体     u32        num_resources;        资源个数     struct resource    *resource;         资源  人脉     const struct platform_device_id    *id_entry;     /* arch specific additions */     struct pdev_archdata    archdata; };	struct platform_driver {     int (*probe)(struct platform_device *);     硬件和软件匹配成功之后调用该函数     int (*remove)(struct platform_device *);     硬件卸载了调用该函数     void (*shutdown)(struct platform_device *);     int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);     int (*resume)(struct platform_device *);     struct device_driver driver;内核里所有的驱动程序必须包含该结构体     const struct platform_device_id *id_table;  八字 };
设备实例： static struct platform_device hello_device= {     .name = "bigbang",     .id = -1,     .dev.release = hello_release, };	驱动实例： static struct platform_driver hello_driver= {     .driver.name = "bigbang",     .probe = hello_probe,     .remove = hello_remove, };

       前面提到，实现platform模型的过程就是总线对设备和驱动的匹配过程 。打个比方，就好比相亲，总线是红娘，设备是男方，驱动是女方：

a -- 红娘（总线）负责男方（设备）和女方（驱动）的撮合；     

b -- 男方（女方）找到红娘，说我来登记一下，看有没有合适的姑娘（汉子）—— int (*probe)(struct platform_device *) 匹配成功后驱动执行的第一个函数），当然如果男的跟小三跑了（设备卸载），女方也不会继续待下去的（  int (*remove)(struct platform_device *)）。

3、设备资源结构体

      在struct platform_device 结构体中有一重要成员 struct resource *resource

[cpp] view plain copy

1. struct resource {  
2.     resource_size_t start;  资源起始地址     
3.     resource_size_t end;   资源结束地址  
4.     const char *name;        
5.     unsigned long flags;   区分是资源什么类型的  
6.     struct resource *parent, *sibling, *child;  
7. };  
8.   
9. #define IORESOURCE_MEM        0x00000200  
10. #define IORESOURCE_IRQ        0x00000400     

       flags 指资源类型，我们常用的是 IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IRQ  这两种。start 和 end 的含义会随着 flags而变更，如

a -- flags为IORESOURCE_MEM 时，start 、end 分别表示该platform_device占据的内存的开始地址和结束值；  

b -- flags为 IORESOURCE_IRQ   时，start 、end 分别表示该platform_device使用的中断号的开始地址和结束值； 

下面看一个实例：

[cpp] view plain copy

1. static struct  resource beep_resource[] =  
2. {  
3.     [0] = {  
4.             .start = 0x114000a0,  
5.         .end = 0x114000a0+0x4,  
6.             .flags = IORESOURCE_MEM,  
7.     },  
8.   
9.     [1] = {  
10.             .start = 0x139D0000,  
11.             .end = 0x139D0000+0x14,  
12.             .flags = IORESOURCE_MEM,  
13.     },  
14. };  

 

4、将字符设备添加到 platform的driver中

      前面我们提到platform 驱动只是在字符设备驱动外套一层platform_driver 的外壳，下面我们看一下添加的过程：

[cpp] view plain copy

1. static struct file_operations hello_ops=  
2. {  
3.     .open = hello_open,  
4.     .release = hello_release,  
5.     .unlocked_ioctl = hello_ioctl,  
6. };  
7.   
8. static int hello_remove(struct platform_device *pdev)  
9. {  
10.     注销分配的各种资源  
11. }  
12.   
13. static int hello_probe(struct platform_device *pdev)  
14. {  
15.     1.申请设备号  
16.     2.cdev初始化注册,&hello_ops  
17.     3.从pdev读出硬件资源  
18.     4.对硬件资源初始化，ioremap，request_irq( )  
19. }  
20.   
21. static int hello_init(void)  
22. {  
23.     只注册 platform_driver  
24. }  
25.   
26. static void hello_exit(void)  
27. {  
28.     只注销 platform_driver  
29. }  

      可以看到，

5、platform是如何匹配device和driver

      这时就该总线出场了，系统为platform总线定义了一个bus_type 的实例platform_bus_type，其定义如下：

[cpp] view plain copy

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. };  

      其又是怎样工作的呢？在platform.c (e:\linux-3.14-fs4412\drivers\base)    31577    2014/3/31 中可以看到

[cpp] view plain copy

1. __platform_driver_register（）  
2. {  
3.     drv->driver.bus = &platform_bus_type;     536行  
4. }  

    在 platform_bus_type 中调用 了platform_match：

[cpp] view plain copy

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.     匹配设备树信息，如果有设备树，就调用 of_driver_match_device() 函数进行匹配  
7.     if (of_driver_match_device(dev, drv))  
8.         return 1;  
9.   
10.   
11.     匹配id_table  
12.     if (pdrv->id_table)  
13.         return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;  
14.   
15.     最基本匹配规则  
16.     return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);  
17. }  

6、解决问题

      现在可以回答这两个问题了

a -- 为什么要用 platform 驱动？不用platform驱动可以吗？

b -- 设备驱动中引入platform 概念有什么好处？

      引入platform模型符合Linux 设备模型 —— 总线、设备、驱动，设备模型中配套的sysfs节点都可以用，方便我们的开发；当然你也可以选择不用，不过就失去了一些platform带来的便利；

      Linux 字符设备驱动开发基础（二）—— 编写简单 PWM 设备驱动， 下面来看一下，套上platform 外壳后的程序：

1、device.c

[cpp] view plain copy

1. #include <linux/module.h>  
2. #include <linux/device.h>  
3. #include <linux/platform_device.h>  
4. #include <linux/ioport.h>  
5.   
6. static struct resource beep_resource[] =  
7. {  
8.     [0] ={  
9.         .start = 0x114000a0,  
10.         .end =  0x114000a0 + 0x4,  
11.         .flags = IORESOURCE_MEM,  
12.     },  
13.   
14.     [1] ={  
15.         .start = 0x139D0000,  
16.         .end =  0x139D0000 + 0x14,  
17.         .flags = IORESOURCE_MEM,  
18.     }  
19. };  
20.   
21. static void hello_release(struct device *dev)  
22. {  
23.     printk("hello_release\n");  
24.     return ;  
25. }  
26.   
27.   
28.   
29. static struct platform_device hello_device=  
30. {  
31.     .name = "bigbang",  
32.     .id = -1,  
33.     .dev.release = hello_release,  
34.     .num_resources = ARRAY_SIZE(beep_resource),  
35.     .resource = beep_resource,  
36. };  
37.   
38. static int hello_init(void)  
39. {  
40.     printk("hello_init");  
41.     return platform_device_register(&hello_device);  
42. }  
43.   
44. static void hello_exit(void)  
45. {  
46.     printk("hello_exit");  
47.     platform_device_unregister(&hello_device);  
48.     return;  
49. }  
50.   
51. MODULE_LICENSE("GPL");  
52. module_init(hello_init);  
53. module_exit(hello_exit);  

2、driver.c

[cpp] view plain copy

1. #include <linux/module.h>  
2. #include <linux/fs.h>  
3. #include <linux/cdev.h>  
4. #include <linux/device.h>  
5. #include <linux/platform_device.h>  
6. #include <asm/io.h>  
7.   
8. static int major = 250;  
9. static int minor=0;  
10. static dev_t devno;  
11. static struct class *cls;  
12. static struct device *test_device;  
13.            
14. #define TCFG0         0x0000                 
15. #define TCFG1         0x0004                              
16. #define TCON          0x0008               
17. #define TCNTB0        0x000C            
18. #define TCMPB0        0x0010             
19.   
20. static unsigned int *gpd0con;  
21. static void *timer_base;  
22.   
23. #define  MAGIC_NUMBER    ‘k‘  
24. #define  BEEP_ON    _IO(MAGIC_NUMBER    ,0)  
25. #define  BEEP_OFF   _IO(MAGIC_NUMBER    ,1)  
26. #define  BEEP_FREQ   _IO(MAGIC_NUMBER   ,2)  
27.   
28. static void fs4412_beep_init(void)  
29. {     
30.     writel ((readl(gpd0con)&~(0xf<<0)) | (0x2<<0),gpd0con);  
31.     writel ((readl(timer_base +TCFG0  )&~(0xff<<0)) | (0xff <<0),timer_base +TCFG0);   
32.     writel ((readl(timer_base +TCFG1 )&~(0xf<<0)) | (0x2 <<0),timer_base +TCFG1 );   
33.   
34.     writel (500, timer_base +TCNTB0  );  
35.     writel (250, timer_base +TCMPB0 );  
36.     writel ((readl(timer_base +TCON )&~(0xf<<0)) | (0x2 <<0),timer_base +TCON );   
37. }  
38.   
39. void fs4412_beep_on(void)  
40. {  
41.     writel ((readl(timer_base +TCON )&~(0xf<<0)) | (0x9 <<0),timer_base +TCON );  
42. }  
43.   
44. void fs4412_beep_off(void)  
45. {  
46.     writel ((readl(timer_base +TCON )&~(0xf<<0)) | (0x0 <<0),timer_base +TCON );  
47. }  
48.   
49. static void beep_unmap(void)  
50. {  
51.         iounmap(gpd0con);  
52.         iounmap(timer_base);  
53. }  
54.   
55. static int beep_open (struct inode *inode, struct file *filep)  
56. {  
57.     fs4412_beep_on();  
58.     return 0;  
59. }  
60.   
61. static int beep_release(struct inode *inode, struct file *filep)  
62. {  
63.      fs4412_beep_off();  
64.      return 0;  
65. }  
66.   
67. #define BEPP_IN_FREQ 100000  
68. static void beep_freq(unsigned long arg)  
69. {  
70.     writel(BEPP_IN_FREQ/arg, timer_base +TCNTB0  );  
71.     writel(BEPP_IN_FREQ/(2*arg), timer_base +TCMPB0 );  
72.   
73. }  
74.   
75. static long beep_ioctl(struct file *filep, unsigned int cmd, unsigned long arg)  
76. {  
77.     switch(cmd)  
78.     {  
79.         case BEEP_ON:  
80.             fs4412_beep_on();  
81.             break;  
82.         case BEEP_OFF:  
83.             fs4412_beep_off();  
84.             break;  
85.         case BEEP_FREQ:  
86.             beep_freq( arg );  
87.             break;  
88.         default :  
89.             return -EINVAL;  
90.     }  
91.     return 0;  
92. }  
93.   
94. static struct file_operations beep_ops=  
95. {  
96.     .open     = beep_open,  
97.     .release = beep_release,  
98.     .unlocked_ioctl      = beep_ioctl,  
99. };  
100.   
101. static int beep_probe(struct platform_device *pdev)  
102. {  
103.     int ret;      
104.     printk("match ok!");  
105.       
106.     gpd0con = ioremap(pdev->resource[0].start,pdev->resource[0].end - pdev->resource[0].start);  
107.     timer_base = ioremap(pdev->resource[1].start, pdev->resource[1].end - pdev->resource[1].start);  
108.   
109.     devno = MKDEV(major,minor);  
110.     ret = register_chrdev(major,"beep",&beep_ops);  
111.   
112.     cls = class_create(THIS_MODULE, "myclass");  
113.     if(IS_ERR(cls))  
114.     {  
115.         unregister_chrdev(major,"beep");  
116.         return -EBUSY;  
117.     }  
118.   
119.     test_device = device_create(cls,NULL,devno,NULL,"beep");//mknod /dev/hello  
120.     if(IS_ERR(test_device))  
121.     {  
122.         class_destroy(cls);  
123.         unregister_chrdev(major,"beep");  
124.         return -EBUSY;  
125.     }  
126.       
127.     fs4412_beep_init();  
128.       
129.     return 0;  
130. }  
131.   
132. static int beep_remove(struct platform_device *pdev)  
133. {  
134.     beep_unmap();  
135.     device_destroy(cls,devno);  
136.     class_destroy(cls);   
137.     unregister_chrdev(major,"beep");  
138.   
139.     return 0;  
140. }  
141.   
142.   
143. static struct platform_driver beep_driver=  
144. {  
145.     .driver.name = "bigbang",  
146.     .probe = beep_probe,  
147.     .remove = beep_remove,  
148. };  
149.    
150.   
151. static int beep_init(void)  
152. {  
153.     printk("beep_init");  
154.       
155.     return platform_driver_register(&beep_driver);  
156. }  
157.   
158. static void beep_exit(void)  
159. {  
160.     printk("beep_exit");  
161.     platform_driver_unregister(&beep_driver);  
162.       
163.     return;  
164. }  
165.   
166.   
167. MODULE_LICENSE("GPL");  
168. module_init(beep_init);  
169. module_exit(beep_exit);  

3、makefile   

[cpp] view plain copy

1. ifneq  ($(KERNELRELEASE),)  
2. obj-m:=device.o driver.o  
3. $(info "2nd")  
4. else  
5. #KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build  
6. KDIR := /home/fs/linux/linux-3.14-fs4412  
7. PWD:=$(shell pwd)  
8. all:  
9.     $(info "1st")  
10.     make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules  
11. clean:  
12.     rm -f *.ko *.o *.symvers *.mod.c *.mod.o *.order  
13. endif  

4、test.c

[cpp] view plain copy

1. #include <sys/types.h>  
2. #include <sys/stat.h>  
3. #include <fcntl.h>  
4. #include <stdio.h>  
5.   
6. main()  
7. {  
8.     int fd,i,lednum;  
9.   
10.     fd = open("/dev/beep",O_RDWR);  
11.     if(fd<0)  
12.     {  
13.         perror("open fail \n");  
14.         return ;  
15.     }  
16.       
17.     sleep(10);  
18.     close(fd);  
19. }