14.linux-platform机制实现驱动层分离(详解)
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本节目标:
学习platform机制,如何实现驱动层分离
1.先来看看我们之前分析输入子系统的分层概念,如下图所示:
如上图所示,分层就是将一个复杂的工作分成了4层, 分而做之,降低难度,每一层专注于自己的事情, 系统只将其中的核心层和事件处理层写好了,所以我们只需要来写驱动层即可,接下来我们来分析platform机制以及分离概念
2.分离概念
优点:
- 将所有设备挂接到一个虚拟的总线上,方便sysfs节点和设备电源的管理
- 使得驱动代码,具有更好的扩展性和跨平台性，就不会因为新的平台而再次编写驱动
介绍:
分离就是在驱动层中使用platform机制把硬件相关的代码(固定的,如板子的网卡、中断地址)和驱动(会根据程序作变动,如点哪一个灯)分离开来，即要编写两个文件:dev.c和drv.c(platform设备和platform驱动)
3.platform机制
基本内容:
platform会存在/sys/bus/里面
如下图所示, platform目录下会有两个文件,分别就是platform设备和platform驱动
1) device设备
挂接在platform总线下的设备, platform_device结构体类型
2) driver驱动
挂接在platform总线下,是个与某种设备相对于的驱动, platform_driver结构体类型
3) platform总线
是个全局变量,为platform_bus_type,属于虚拟设备总线,通过这个总线将设备和驱动联系起来,属于Linux中bus的一种
该platform_bus_type的结构体定义如下所示(位于drivers/base):
struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", //设备名称 .dev_attrs = platform_dev_attrs, //设备属性、含获取sys文件名,该总线会放在/sys/bus下 .match = platform_match, //匹配设备和驱动,匹配成功就调用device或driver的.probe函数 .uevent = platform_uevent, //消息传递,比如热插拔操作 .suspend = platform_suspend, //电源管理的低功耗挂起 .suspend_late = platform_suspend_late, //电源管理的恢复、唤醒 .resume_early = platform_resume_early, .resume = platform_resume, };
驱动、设备注册匹配图如下所示:
只要有一方注册,就会调用platform_bus_type的.match匹配函数,来找对方,成功就调用driver驱动结构体里的.probe函数来使总线将设备和驱动联系起来
4.实例-分析driver驱动:
我们以/drivers/input/keybard/gpio_keys.c内核自带的示例程序为例,
它的代码中只有driver驱动,因为是个示例程序,所以没有device硬件设备代码
4.1发现在gpio_keys.c中有1个全局变量driver驱动:
struct platform_driver gpio_keys_device_driver = { //定义一个platform_driver类型驱动 .probe = gpio_keys_probe, //设备的检测,当匹配成功就会调用这个函数(需要自己编写) .remove = __devexit_p(gpio_keys_remove), //删除设备(需要自己编写) .driver = { .name = "gpio-keys", //驱动名称,用来与设备名称匹配用的 } };
4.2然后来找找这个gpio_keys_device_driver被谁用到
发现在驱动层init入口函数中通过platform_driver_register()来注册diver驱动
在驱动层exit出口函数中通过platform_driver_unregister()函数来注销diver驱动
代码如下:
static int __init gpio_keys_init(void) //init出口函数 { return platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver); //注册driver驱动 } static void __exit gpio_keys_exit(void) //exit出口函数 { platform_driver_unregister(&gpio_keys_device_driver); //注销driver驱动 }
3.3我们进来platform_driver_register(),看它是如何注册diver的,注册到哪里？
platform_driver_register()函数如下:
int platform_driver_register(struct platform_driver *drv) { drv->driver.bus = &platform_bus_type; //(1)挂接到虚拟总线platform_bus_type上 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); //(2) 注册到driver目录下 }
(1) 挂接到虚拟总线platform_bus_type上,然后会调用platform_bus_type下的platform_match匹配函数,来匹配device和driver的名字,其中driver的名字如下图所示:
platform_match()匹配函数如下所示:
static int platform_match(struct device * dev, struct device_driver * drv) { /*找到所有的device设备*/ struct platform_device *pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev); return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0); //找BUS_ID_SIZE次 }
若名字匹配成功,则调用device的.probe成员函数
(2)然后放到/sys/bus/platform/driver目录下,其中driver_register()函数就是用来创建dirver目录的
5. 使用platform机制,编写LED驱动层
首先创建设备代码和驱动代码:led_dev.c 、led_drv.c
led_dev.c用来指定灯的引脚地址,当更换平台时,只需要修改这个就行
led_drv.c用来初始化灯以及如何控制灯的逻辑,当更换控制逻辑时,只需要修改这个就行
6.编写led.dev.c
6.1编写led_dev.c之前先来看看platform_device结构体和要使用的函数:
platform_device结构体如下:
struct platform_device { const char * name; //设备名称，要与platform_driver的name一样,这样总线才能匹配成功 u32 id; //id号,插入总线下相同name的设备编号(一个驱动可以有多个设备),如果只有一个设备填-1 struct device dev; //内嵌的具体的device结构体,其中成员.release函数不可缺少 u32 num_resources; //资源数量， struct resource * resource; //资源结构体,保存设备的信息 };
其中resource资源结构体,如下:
struct resource { resource_size_t start; //起始资源,如果是地址的话,必须是物理地址 resource_size_t end; //结束资源,如果是地址的话,必须是物理地址 const char *name; //资源名 unsigned long flags; //资源的标志 //比如IORESOURCE_MEM,表示地址资源, IORESOURCE_IRQ表示中断引脚... ... struct resource *parent, *sibling, *child; //资源拓扑指针父、兄、子,可以构成链表 };
要用的函数如下,在dev设备的入口出口函数中用到
int platform_device_register(struct platform_device * pdev); //注册dev设备 int platform_device_register(struct platform_device * pdev); //注销dev设备
6.2接下来开始写代码
1)先写要注册的led设备:platform_device结构体
#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> static struct resource led_resource[] = { //资源数组 [0] = { .start = 0x56000050, //led的寄存器GPFCON起始地址 .end = 0x56000050 + 8 - 1, // led的寄存器GPFDAT结束地址 .flags = IORESOURCE_MEM, //表示地址资源 }, [1] = { .start = 5, //表示GPF第几个引脚开始 .end = 5, //结束引脚 .flags = IORESOURCE_IRQ, //表示中断资源
} }; static void led_release(struct device * dev) //释放函数 {} static struct platform_device led_dev = { .name = "myled", //对应的platform_driver驱动的名字 .id = -1, //表示只有一个设备 .num_resources = ARRAY_SIZE(led_resource), //资源数量,ARRAY_SIZE()函数:获取数量 .resource = led_resource, //资源数组led_resource .dev = { .release = led_release, //释放函数，必须向内核提供一个release函数, 、 //否则卸载时,内核找不到该函数会报错 }, };
2)最后写出口入口函数:
static int led_dev_init(void) //入口函数,注册dev设备 { platform_device_register(&led_dev); return 0; } static void led_dev_exit(void) //出口函数,注销dev设备 { platform_device_unregister(&led_dev); } module_init(led_dev_init); //修饰入口函数 module_exit(led_dev_exit); //修饰出口函数 MODULE_LICENSE("GPL"); //声明函数
7.编写led.drv.c
7.1编写led_dev.c之前先来看看platform_device结构体和要使用的函数:
struct platform_driver { int (*probe)(struct platform_device *); //查询设备的存在 int (*remove)(struct platform_device *); //删除 void (*shutdown)(struct platform_device *); //断电 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); //休眠 int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state); int (*resume_early)(struct platform_device *); int (*resume)(struct platform_device *); //唤醒 struct device_driver driver; //内嵌的driver,其中的name成员要等于设备的名称才能匹配 };
int platform_driver_register(struct platform_driver *drv); //注册驱动 platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv); //卸载驱动 struct resource * platform_get_resource(struct platform_device *dev, unsigned int type,unsigned int num); //获取设备的某个资源,获取成功,则返回一个resource资源结构体 //参数: // *dev :指向某个platform device设备 // type:获取的资源类型 // num: type资源下的第几个数组
7.2接下来开始写代码
1)先写要注册的led驱动:platform_driver结构体
/*函数声明*/ static int led_remove(struct platform_device *led_dev); static int led_probe(struct platform_device *led_dev); struct platform_driver led_drv = { .probe = led_probe, //当与设备匹配,则调用该函数 .remove = led_remove, //删除设备 .driver = { .name = "myled", //与设备名称一样 } };
2)写file_operations 结构体、以及成员函数(.open、.write)、.probe函数、
当驱动和设备都insmod加载后,然后bus总线会匹配成功,就进入.probe函数,
在.probe函数中便使用platform_get_resource()函数获取LED的地址和引脚,然后初始化LED,并注册字符设备和设备节点"led"
static struct class *cls; //类,用来注册,和注销 static volatile unsigned long *gpio_con; //被file_operations的.open函数用 static volatile unsigned long *gpio_dat; //被file_operations的.write函数用 static int pin; //LED位于的引脚值 static int led_open(struct inode *inode, struct file *file) { *GPFcon&=~(0x03<<(LED_PIN*2)); *GPFcon|=(0x01<<(LED_PIN*2)); return 0; } static ssize_t led_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t * ppos) { int val=0; if(count!=1) return -EINAL; copy_from_user(&val,buf,count); //从用户(应用层)拷贝数据 if(val) //开灯 { *GPFdat&=~(0x1<<LED_PIN); } else { *GPFdat |= (0x1<<LED_PIN); } return 0 ; } static struct file_operations led_fops= { .owner = THIS_MODULE, //被使用时阻止模块被卸载 .open = led_open, .write = led_write, }; static int led_probe(struct platform_device *pdev) { struct resource *res; printk("enter probe\\n"); /* 根据platform_device的资源进行ioremap */ res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); //获取寄存器地址 gpio_con = ioremap(res->start, res->end - res->start + 1); //获取虚拟地址 gpio_dat = gpio_con + 1; res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0); //获取引脚值 pin = res->start; /* 注册字符设备驱动程序 */ major = register_chrdev(0, "myled", &led_fops); //赋入file_operations结构体 cls = class_create(THIS_MODULE, "myled"); class_device_create(cls, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); /* /dev/led */ return 0; }
3)写.remove函数
如果驱动与设备已联系起来,当卸载驱动时,就会调用.remove函数卸载设备
和.probe函数一样,注册了什么就卸载什么便可
static int led_remove(struct platform_device *pdev) { /* 卸载字符设备驱动程序 */ printk("enter remove\\n"); class_device_destroy(cls, MKDEV(major, 0)); class_destroy(cls); unregister_chrdev(major, "myled"); iounmap(gpio_con); //注销虚拟地址 return 0; }
4)最后写drv的入口出口函数
static int led_drv_init(void) //入口函数,注册驱动 { platform_driver_register(&led_drv); return 0; } static void led_drv_exit(void) //出口函数,卸载驱动 { platform_driver_unregister(&led_drv); } module_init(led_drv_init); module_exit(led_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
5.测试运行
1)如下图,我们先挂载dev设备模块,和我们之前分析的一样,它在platform/devices目录下生成一个"myled"设备
2)如下图,我们再来挂载drv驱动模块,同样的在platform/drivers目录下生成一个"myled"驱动,devices目录下的"myled"设备匹配成功,进入.probe函数创建设备,接下来就可以使用应用程序来控制led灯了
3)如下图,卸载驱动时,也会进入.remove函数卸载设备
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