Linux驱动之平台设备驱动模型简析（驱动分离分层概念的建立）

Posted 2020-12-31 andy_fly

 Linux设备模型的目的：为内核建立一个统一的设备模型，从而有一个对系统结构的一般性抽象描述。换句话说，Linux设备模型提取了设备操作的共同属性，进行抽象，并将这部分共同的属性在内核中实现，而为需要新添加设备或驱动提供一般性的统一接口，这使得驱动程序的开发变得更简单了，而程序员只需要去学习接口就行了。 

对于整个设备总线驱动模型的样子，如下图。简单来说，bus 负责维护注册进来的devcie 与 driver，每注册进来一个device 或者 driver 都会调用 Bus->match 函数 将device 与 driver 进行配对，并将它们加入链表，如果配对成功，调用Bus->probe或者driver->probe函数。注意：一个device 只能配对一个driver；而一个driver可以对应多个device。其它诸如devices_kset、kobject_uevent这里不关心，这个涉及的内容比较深入，暂时不去分析。

 

platform平台设备驱动是基于设备总线驱动模型的，如下图，这篇主要是记录平台设备的驱动与设备的注册匹配过程

 以上参考自

platform_bus提供platform_device_register、platform_driver_register等函数供platform_device层与platform_driver调用。

platform_driver属于驱动层，会在里面提供file_operations结构体供应用层调用、创建设备节点文件对应相应的驱动

platform_device属于设备层，会在里面提供resource资源文件供驱动层调用

 下面是一个例子，分别编写了Led_dev.c设备文件和Led_drv.c驱动文件。列出程序源码，再根据源码分析Led_dev与Led_drv注册与匹配过程

Led_dev.c的程序源码：

#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/设置/注册一个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的程序源码：

/* 分配/设置/注册一个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");
    /* 配置为输出 */
    *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)
    {
        // 点灯
        *gpio_dat &= ~(1<<pin);
    }
    else
    {
        // 灭灯
        *gpio_dat |= (1<<pin);
    }
    
    return 0;
}


static struct file_operations led_fops = {
    .owner  =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open   =   led_open,     
    .write    =    led_write,       
};

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource        *res;

    /* 根据platform_device的资源进行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;

    /* 注册字符设备驱动程序 */

    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)
{
    /* 卸载字符设备驱动程序 */
    /* 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");

将上面两个程序编译后得到Led_dev.ko和Led_drv.ko两个模块，假设先加载Led_dev.ko文件：insmod Led_drv.ko。

列出执行加载操作后的程序流程：加载后会先调用led_drv_init函数，这个函数只是调用platform_driver_register函数。

platform_driver_register(&led_drv);
    led_drv->driver.bus = &platform_bus_type;//platform_bus_type里面含有platform_match匹配函数
    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);//最终调用到这个函数匹配，找到这个函数其实是platform_match函数
                                         really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功调用
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  dev->driver = drv;//匹配驱动
                                             drv->probe(dev);//调用led_drv->driver.probe函数
                    }

首先platform_driver_register函数会初始化driver.bus、driver.probe、driver.remove等变量

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里含有platform_match函数，这个函数最终会被调用用来匹配Led_dev与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);//根据名称匹配dev与drv
}

接着看到driver_register函数，通过层层调用，最终会从dev链表搜索，通过platform_match函数找到与Led_drv匹配的Led_dev。找到后调用really_probe函数，really_probe函数先是执行dev->driver = drv;这样就将dev与drv联系起来了，接着调用led_probe函数，初始化驱动。因为这时候还没有注册Led_dev.ko所以不会匹配成功。

 

接着加载Led_dev.ko文件：insmod Led_dev.ko。列出执行加载操作后的程序流程：加载后会先调用led_dev_init函数，这个函数只是调用platform_device_register函数。

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) {//如果设备的驱动程序已经存在
                        {
                            device_bind_driver( &led_dev->dev);//试着链接驱动
                        }
                    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);//最终调用到这个函数匹配，找到这个函数其实是platform_match函数
                                    really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功调用
                                        rv->bus->match(&led_dev->dev, drv);//最终调用到这个函数匹配，找到这个函数其实是platform_match函数
                                      really_probe(&led_dev->dev, drv);//匹配成功调用
                        } 

通过层层调用，最终定位到device_attach函数与Led_drv不同的是，Led_dev首先会确认自己是否已经有驱动存在，如果不存在才会从drv链表搜索，通过platform_match函数找到与Led_dev匹配的Led_drv。找到后调用really_probe函数，really_probe函数先是执行dev->driver = drv;这样就将dev与drv联系起来了，接着调用led_probe函数，初始化驱动。

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource        *res;

    /* 根据platform_device的资源进行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;

    /* 注册字符设备驱动程序 */

    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，首先会从Led_dev的led_probe中获得相应的led_resource信息来配置IO端口，接着注册字符设备，然后创建设备描述符文件。这就是平台设备驱动模型整个注册匹配的过程。

与注册过程相反rmmod Led_drv最终会调用led_remove函数

static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    /* 卸载字符设备驱动程序 */
    /* 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;
}

而执行rmmod Led_dev最终会通过层层调用到led_release函数，所以led_release函数必不可少，即使它是空的函数，什么也没做

static void led_release(struct device * dev)
{
}

以上全部就是对驱动的分离分层的实现。通过平台设备驱动模型实现。