linux平台設備驅動架構詳解 Linux Platform Device and Driver

從Linux 2.6起引入了一套新的驅動管理和注冊機制:Platform_device和Platform_driver。
Linux中大部分的設備驅動，都可以使用這套機制, 設備用Platform_device表示，驅動用Platform_driver進行注冊。

Linux platform driver機制和傳統的device driver 機制(通過driver_register函數進行注冊)相比，一個十分明顯的優勢在於platform機制將設備本身的資源注冊進內核，由內核統一管理，在驅動程序中使用這些資源時通過platform device提供的標准接口進行申請並使用。這樣提高了驅動和資源管理的獨立性，並且擁有較好的可移植性和安全性(這些標准接口是安全的)。

Platform機制的本身使用並不復雜，由兩部分組成：platform_device和platfrom_driver。
通過Platform機制開發發底層驅動的大致流程為:   定義 platform_device à 注冊 platform_device à 定義 platform_driver à注冊 platform_driver。

首先要確認的就是設備的資源信息，例如設備的地址，中斷號等。
在2.6內核中platform設備用結構體platform_device來描述，該結構體定義在kernel\include\linux\platform_device.h中，
struct platform_device {
const char * name;
u32   id;
struct device dev;
u32   num_resources;
struct resource * resource;
};

該結構一個重要的元素是resource，該元素存入了最為重要的設備資源信息，定義在kernel\include\linux\ioport.h中，
struct resource {
const char *name;
unsigned long start, end;
unsigned long flags;
struct resource *parent, *sibling, *child;
};

下面舉s3c2410平台的i2c驅動作為例子來說明：
/* arch/arm/mach-s3c2410/devs.c */
/* I2C */
static struct resource s3c_i2c_resource[] = {
      [0] = {
               .start = S3C24XX_PA_IIC,
               .end = S3C24XX_PA_IIC + S3C24XX_SZ_IIC - 1,
               .flags = IORESOURCE_MEM,
      },
      [1] = {
               .start = IRQ_IIC, //S3C2410_IRQ(27)
               .end = IRQ_IIC,
               .flags = IORESOURCE_IRQ,
      }
};

這里定義了兩組resource，它描述了一個I2C設備的資源，第1組描述了這個I2C設備所占用的總線地址范圍，IORESOURCE_MEM表示第1組描述的是內存類型的資源信息，第2組描述了這個I2C設備的中斷號，IORESOURCE_IRQ表示第2組描述的是中斷資源信息。設備驅動會根據flags來獲取相應的資源信息。

有了resource信息，就可以定義platform_device了：
  
struct platform_device s3c_device_i2c = {
      .name = "s3c2410-i2c",
      .id = -1,
      .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_i2c_resource),
      .resource = s3c_i2c_resource,
};
定義好了platform_device結構體后就可以調用函數platform_add_devices向系統中添加該設備了，之后可以調用platform_device_register()進行設備注冊。要注意的是，這里的platform_device設備的注冊過程必須在相應設備驅動加載之前被調用，即執行platform_driver_register之前,原因是因為驅動注冊時需要匹配內核中所以已注冊的設備名。

s3c2410-i2c的platform_device是在系統啟動時，在cpu.c里的s3c_arch_init()函數里進行注冊的，這個函數申明為arch_initcall(s3c_arch_init);會在系統初始化階段被調用。
arch_initcall的優先級高於module_init。所以會在Platform驅動注冊之前調用。(詳細參考include/linux/init.h)

s3c_arch_init函數如下：
/* arch/arm/mach-3sc2410/cpu.c */
static int __init s3c_arch_init(void)
{
int ret;
……
/* 這里board指針指向在mach-smdk2410.c里的定義的smdk2410_board，里面包含了預先定義的I2C Platform_device等. */
if (board != NULL) {
       struct platform_device **ptr = board->devices;
       int i;
       for (i = 0; i   board->devices_count; i++, ptr++) {
         ret = platform_device_register(*ptr); //在這里進行注冊
         if (ret) {
            printk(KERN_ERR "s3c24xx: failed to add board device %s (%d) @%p\n", (*ptr)->name, 
ret, *ptr);
         }
       }
       /* mask any error, we may not need all these board
      * devices */
       ret = 0;
}
return ret;
}

同時被注冊還有很多其他平台的platform_device，詳細查看arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c里的smdk2410_devices結構體。


驅動程序需要實現結構體struct platform_driver，參考drivers/i2c/busses
/* device driver for platform bus bits */
static struct platform_driver s3c2410_i2c_driver = {
      .probe = s3c24xx_i2c_probe,
      .remove = s3c24xx_i2c_remove,
      .resume = s3c24xx_i2c_resume,
      .driver = {
               .owner = THIS_MODULE,
               .name = "s3c2410-i2c",
      },
};

在驅動初始化函數中調用函數platform_driver_register()注冊platform_driver，需要注意的是s3c_device_i2c結構中name元素和s3c2410_i2c_driver結構中driver.name必須是相同的，這樣在platform_driver_register()注冊時會對所有已注冊的所有platform_device中的name和當前注冊的platform_driver的driver.name進行比較，只有找到相同的名稱的platfomr_device才能注冊成功，當注冊成功時會調用platform_driver結構元素probe函數指針，這里就是s3c24xx_i2c_probe,當進入probe函數后，需要獲取設備的資源信息，常用獲取資源的函數主要是：
struct resource * platform_get_resource(struct platform_device *dev, unsigned int type, unsigned int num);
根據參數type所指定類型，例如IORESOURCE_MEM，來獲取指定的資源。

struct int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num);
獲取資源中的中斷號。



下面舉s3c24xx_i2c_probe函數分析,看看這些接口是怎么用的。
前面已經講了，s3c2410_i2c_driver注冊成功后會調用s3c24xx_i2c_probe執行，下面看代碼：
/* drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c */
static int s3c24xx_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct s3c24xx_i2c *i2c = &s3c24xx_i2c;
struct resource *res;
int ret;

/* find the clock and enable it */

i2c->dev = &pdev->dev;
i2c->clk = clk_get(&pdev->dev, "i2c");
if (IS_ERR(i2c->clk)) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot get clock\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}
dev_dbg(&pdev->dev, "clock source %p\n", i2c->clk);
clk_enable(i2c->clk);
/* map the registers */
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); /* 獲取設備的IO資源地址 */
if (res == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot find IO resource\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}

i2c->ioarea = request_mem_region(res->start, (res->end-res->start)+1, pdev->name); /* 申請這塊IO Region */

if (i2c->ioarea == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot request IO\n");
    ret = -ENXIO;
    goto out;
}

i2c->regs = ioremap(res->start, (res->end-res->start)+1); /* 映射至內核虛擬空間 */

if (i2c->regs == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot map IO\n");
    ret = -ENXIO;
    goto out;
}

dev_dbg(&pdev->dev, "registers %p (%p, %p)\n", i2c->regs, i2c->ioarea, res);

/* setup info block for the i2c core */
i2c->adap.algo_data = i2c;
i2c->adap.dev.parent = &pdev->dev;

/* initialise the i2c controller */
ret = s3c24xx_i2c_init(i2c);
if (ret != 0)
    goto out;
/* find the IRQ for this unit (note, this relies on the init call to ensure no current IRQs pending */

res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0); /* 獲取設備IRQ中斷號 */
if (res == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot find IRQ\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}

ret = request_irq(res->start, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED, /* 申請IRQ */
    pdev->name, i2c);

……
return ret;

}

小思考：
那什么情況可以使用platform driver機制編寫驅動呢？
我的理解是只要和內核本身運行依賴性不大的外圍設備(換句話說只要不在內核運行所需的一個最小系統之內的設備),相對獨立的,擁有各自獨自的資源(addresses and IRQs)，都可以用platform_driver實現。如：lcd,usb,uart等，都可以用platfrom_driver寫，而timer,irq等最小系統之內的設備則最好不用platfrom_driver機制，實際上內核實現也是這樣的。