【linux】驅動-6-總線-設備-驅動

目錄

• 前言
• 6. 總線-設備-驅動
  • 6.1 概念
  • 6.2 工作原理
  • 6.3 總線
    • 6.3.1 總線介紹
    • 6.3.2 注冊總線
  • 6.4 設備
    • 6.4.1 設備介紹
    • 6.4.2 設備注冊、注銷
  • 6.5 驅動
    • 6.5.1 驅動介紹
    • 6.4.2 驅動注冊、注銷
  • 6.5 便解圖文
  • 6.6 attribute屬性文件
    • 6.6.1 attribute 介紹
    • 6.6.2 設備屬性文件
    • 6.6.3 驅動屬性文件
    • 6.6.4 總線屬性文件
  • 6.7 匹配規則 **
    • 6.7.1 最先比較
    • 6.7.2 其次比較
    • 6.7.3 最后比較
    • 6.7.4 函數調用關系
  • 6.8 實現設備模型的簡要步驟 *
    • 6.8.1 總線
    • 6.8.2 設備
    • 6.8.3 驅動
• 鏈接

---

前言

6. 總線-設備-驅動

總線-設備-驅動 又稱為 設備驅動模型。

6.1 概念

• 

總線（bus)：負責管理掛載對應總線的設備以及驅動；
設備(device)：掛載在某個總線的物理設備；
驅動(driver)：與特定設備相關的軟件，負責初始化該設備以及提供一些操作該設備的操作方式；
類(class)：對於具有相同功能的設備，歸結到一種類別，進行分類管理；

6.2 工作原理

以下只說 總線-設備-驅動 模式下的操作
總線：

• 總線管理着兩個鏈表：設備鏈表 和 驅動鏈表。
• 當我們向內核注冊一個驅動時，便插入到總線的驅動鏈表。
• 當我們向內核注冊一個設備時，便插入到總線的設備鏈表。
• 在插入的同時，總線會執行一個 bus_type 結構體中的 match 方法對新插入的 設備/驅動 進行匹配。（例如以名字的方式匹配。方式有很多總，下面再詳細分析。）
• 匹配成功后，會調用 驅動 device_driver 結構體中的 probe 方法。（通常在 probe 中獲取設備資源。具體有開發人員決定。）
• 在移除設備或驅動時，會調用 device_driver 結構體中的 remove 方法。

6.3 總線

6.3.1 總線介紹

總線：

• 總線是連接處理器和設備之間的橋梁
• 代表着同類設備需要共同遵循的工作時序。

總線驅動：

• 負責實現總線行為，管理兩個鏈表。

總線結構體：

struct bus_type {
    const char              *name;
    const struct attribute_group **bus_groups;
    const struct attribute_group **dev_groups;
    const struct attribute_group **drv_groups;

    int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
    int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
    int (*probe)(struct device *dev);
    int (*remove)(struct device *dev);

    int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
    int (*resume)(struct device *dev);

    const struct dev_pm_ops *pm;

    struct subsys_private *p;
};

• name：指定總線的名稱，當新注冊一種總線類型時，會在 /sys/bus 目錄創建一個新的目錄，目錄名就是該參數的值；
• bus_groups、dev_groups、drv_groups：分別表示 總線、設備、驅動的屬性。
  • 通常會在對應的 /sys 目錄下在以文件的形式存在，對於驅動而言，在目錄 /sys/bus/ /driver/ 存放了驅動的默認屬性；設備則在目錄 /sys/bus/ /devices/ 中。這些文件一般是可讀寫的，用戶可以通過讀寫操作來獲取和設置這些 attribute 的值。
• match：當向總線注冊一個新的設備或者是新的驅動時，會調用該回調函數。該設備主要負責匹配工作。
• uevent：總線上的設備發生添加、移除或者其它動作時，就會調用該函數，來通知驅動做出相應的對策。
• probe：當總線將設備以及驅動相匹配之后，執行該回調函數，最終會調用驅動提供的probe 函數。
• remove：當設備從總線移除時，調用該回調函數。
• suspend、resume：電源管理的相關函數，當總線進入睡眠模式時，會調用suspend回調函數；而resume回調函數則是在喚醒總線的狀態下執行。
• pm：電源管理的結構體，存放了一系列跟總線電源管理有關的函數，與 device_driver 結構體中的 pm_ops 有關。
• p：該結構體用於存放特定的私有數據，其成員 klist_devices 和 klist_drivers 記錄了掛載在該總線的設備和驅動。

6.3.2 注冊總線

在實際的驅動開發中，Linux 已經為我們編寫好了大部分的總線驅動。
但是內核也提供了注冊總線的 API。

bus_register()：

• bus_register() 函數用於注冊總線。
• 內核源碼路徑：內核源碼/drivers/base/bus.c。
• 函數原型：int bus_register(struct bus_type *bus);。
  • bus：bus_type 類型的結構體指針。
  • 返回值：
    • 成功：0；
    • 失敗：負數。

bus_unregister()：

• bus_unregister() 用於注銷總線。
• 內核源碼路徑：內核源碼/drivers/base/bus.c。
• 函數原型：int bus_unregister(struct bus_type *bus);。
  • bus：bus_type 類型的結構體指針。
  • 返回值：無。

當我們成功注冊總線時，會在 /sys/bus/ 目錄下創建一個新目錄，目錄名為我們新注冊的總線名。

6.4 設備

6.4.1 設備介紹

在 /sys/devices 目錄記錄了系統中所有的設備。
/sys 下的所有設備文件和 /sys/dev 下的所有設備節點都是鏈接文件，實際上都指向了對應的設備文件。

device 結構體：

struct device 
{
        const char *init_name;
        struct device           *parent;
        struct bus_type *bus;
        struct device_driver *driver;
        void            *platform_data;
        void            *driver_data;
        struct device_node      *of_node;
        dev_t                   devt;
        struct class            *class;
        void (*release)(struct device *dev);
        const struct attribute_group **groups;  /* optional groups */
        struct device_private   *p;
};

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
• init_name：指定該設備的名稱，總線匹配時，一般會根據比較名字來進行配對。
• parent：表示該設備的父對象，舊版本的設備之間沒有任何聯系，引入 Linux 設備驅動模塊后，設備之間呈現樹狀結構，便於管理各種設備。
• bus：歸屬與哪個總線。當我們注冊設備時，內核便會將該設備注冊到對應的總線。（相愛）
• of_node：存放設備樹中匹配的設備節點。當內核使能設備樹，總線負責將驅動的 of_match_table 以及設備樹的 compatible 屬性進行比較之后，將匹配的節點保存到該變量。
• platform_data：特定設備的私有數據，通常定義在板級文件中。
• driver_data：驅動層可以通過 dev_set/get_drvdata 函數來獲取該成員變量。
• class：指向該設備對應類。
• dev：設備號。dev_t 類型。
• release：回調函數。當設備被注銷時，該函數被調用。
• group：指向 struct attribute_group 類型指針指定該設備屬性。

6.4.2 設備注冊、注銷

在前面的字符設備驅動編寫中，我們使用到了 device_create() 函數和 device_destroy() 函數來創建和刪除設備。

現在介紹向總線注冊和注銷設備。
向總線注冊設備：

• 函數原型：int device_register(struct device *dev);。
  • 內核源碼路徑：內核源碼/driver/base/core.c。
  • dev：struct device 結構體類型指針。
  • 返回：
    • 成功：0；
    • 失敗：負數。

向總線注銷設備：

• 函數原型：int device_unregister(struct device *dev);。
  • 內核源碼路徑：內核源碼/driver/base/core.c。
  • dev：struct device 結構體類型指針。
  • 返回：無。

6.5 驅動

6.5.1 驅動介紹

driver 結構體：

struct device_driver 
{
        const char              *name;
        struct bus_type         *bus;

        struct module           *owner;
        const char              *mod_name;      /* used for built-in modules */

        bool suppress_bind_attrs;       /* disables bind/unbind via sysfs */

        const struct of_device_id       *of_match_table;
        const struct acpi_device_id     *acpi_match_table;

        int (*probe) (struct device *dev);
        int (*remove) (struct device *dev);

        const struct attribute_group **groups;
        struct driver_private *p;
};

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h
• name：指定驅動名稱，總線進行匹配時，利用該成員與設備名進行比較。
• bus：歸屬與哪個總線。內核需要保證在驅動執行之前，對應的總線能夠正常工作。
• suppress_bind_attrs：布爾量，用於指定是否通過 sysfs 導出 bind 與 unbind文件，bind 與 unbind 文件是驅動用於綁定/解綁關聯的設備。
• owner：表示該驅動的擁有者，一般設置為 THIS_MODULE。
• of_match_table：指定該驅動支持的設備類型。當內核使能設備樹時，會利用該成員與設備樹中的 compatible 屬性進行比較。
• remove：當設備從操作系統中拔出或者是系統重啟時，會調用該回調函數。
• probe：當驅動以及設備匹配后，會執行該回調函數，對設備進行初始化。通常的代碼，都是以main函數開始執行的，但是在內核的驅動代碼，都是從 probe 函數開始的。
• group：指向 struct attribute_group 類型的指針，指定該驅動的屬性。

6.4.2 驅動注冊、注銷

向總線注冊驅動：

• 函數原型：int driver_register(struct device_driver *drv);。
  • 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
  • drv：struct device_driver 結構體類型指針。
  • 返回：
    • 成功：0；
    • 失敗：負數。

向總線注銷驅動：

• 函數原型：int driver_unregister(struct device_driver *drv);。
  • 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
  • drv：struct device_driver 結構體類型指針。
  • 返回：無。

6.5 便解圖文

數據結構該系統：

• 

注冊流程圖：

• 

• 系統啟動之后會調用buses_init函數創建/sys/bus文件目錄，這部分系統在開機時已經幫我們准備好了， 接下去就是通過總線注冊函數bus_register進行總線注冊，注冊完總線后在總線的目錄下生成devices文件夾和drivers文件夾， 最后分別通過device_register以及driver_register函數注冊相對應的設備和驅動。

6.6 attribute屬性文件

6.6.1 attribute 介紹

attribute 結構體：

struct attribute {
    const char              *name;
    umode_t                 mode;
};

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/sysfs.h
• name：指定文件的文件名。
• mode：指定文件的權限。

bus_type、device、device_driver 結構體中都包含了一種數據類型 struct attribute_group，它是多個 attribute 文件的集合， 利用它進行初始化，可以避免一個個注冊 attribute。

struct attribute_group 結構體：

struct attribute_group 
{
    const char              *name;
    umode_t                 (*is_visible)(struct kobject *, struct attribute *, int);
    struct attribute        **attrs;
    struct bin_attribute   **bin_attrs;
};

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/sysfs.h

6.6.2 設備屬性文件

Linux 提供注冊和注銷設備屬性文件的 API。我們可以通過這些 API 直接在用戶層進行查詢和修改。

struct device_attribute 結構體：

struct device_attribute 
{
    struct attribute        attr;
    ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf);
    ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count);
};

#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \
           struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)
extern int device_create_file(struct device *device, const struct device_attribute *entry);
extern void device_remove_file(struct device *dev, const struct device_attribute *attr);

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
• DEVICE_ATTR 宏：用於定義一個device_attribute類型的變量。
  • 參數 _name，_mode，_show，_store，分別代表了文件名， 文件權限，show 回調函數，store 回調函數。
  • show 回調函數以及 store 回調函數分別對應着用戶層的 cat 和 echo 命令，當我們使用 cat 命令，來獲取 /sys 目錄下某個文件時，最終會執行 show 回調函數；使用 echo 命令，則會執行 store 回調函數。 參數 _mode 的值，可以使用S_IRUSR、S_IWUSR、S_IXUSR 等宏定義，更多選項可以查看讀寫文件章節關於文件權限的內容。
• device_create_file：該函數用於創建文件。
  • device：表示設備。也是歸屬總線下的 device 目錄下的目錄名稱。
  • entry：自定義的 device_attribute 類型變量。
• device_remove_file：該函數用於刪除文件。當注銷驅動時，對應目錄以及文件都被移除。
  • device：表示設備。也是歸屬總線下的 device 目錄下的目錄名稱。
  • entry：自定義的 device_attribute 類型變量。

6.6.3 驅動屬性文件

Linux 提供注冊和注銷驅動屬性文件的 API。我們可以通過這些 API 直接在用戶層進行查詢和修改。

struct driver_attribute 結構體：

struct driver_attribute
{
    struct attribute attr;
    ssize_t (*show)(struct device_driver *driver, char *buf);
    ssize_t (*store)(struct device_driver *driver, const char *buf, size_t count);};

#define DRIVER_ATTR_RW(_name) \
           struct driver_attribute driver_attr_##_name = __ATTR_RW(_name)
#define DRIVER_ATTR_RO(_name) \
           struct driver_attribute driver_attr_##_name = __ATTR_RO(_name)
#define DRIVER_ATTR_WO(_name) \
           struct driver_attribute driver_attr_##_name = __ATTR_WO(_name)

extern int __must_check driver_create_file(struct device_driver *driver, const struct driver_attribute *attr);
extern void driver_remove_file(struct device_driver *driver, const struct driver_attribute *attr);

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
• DRIVER_ATTR_RW、DRIVER_ATTR_RO 以及 DRIVER_ATTR_WO 宏：用於定義一個driver_attribute類型的變量。
  • 帶有 driver_attr_ 的前綴，區別在於文件權限不同；
  • RW 后綴表示文件可讀寫；
  • RO 后綴表示文件僅可讀；
  • WO 后綴表示文件僅可寫。
  • DRIVER_ATTR 類型的宏定義沒有參數來設置 show 和 store 回調函數，在寫驅動代碼時，只需要提供 xxx_store 以及 xxx_show 這兩個函數， 並確保兩個函數的 xxx 和 DRIVER_ATTR 類型的宏定義中名字是一致的即可。
• driver_create_file 和 driver_remove_file 函數用於創建和移除文件，使用driver_create_file 函數， 會在 /sys/bus/ /drivers/ / 目錄下創建文件。

6.6.4 總線屬性文件

struct bus_attribute 結構體：

struct bus_attribute 
{
    struct attribute        attr;
    ssize_t (*show)(struct bus_type *bus, char *buf);
    ssize_t (*store)(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);
};

#define BUS_ATTR(_name, _mode, _show, _store)       \
           struct bus_attribute bus_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)
           
extern int __must_check bus_create_file(struct bus_type *, struct bus_attribute *);
extern void bus_remove_file(struct bus_type *, struct bus_attribute *);

• 內核源碼路徑：內核源碼/include/linux/device.h。
• BUS_ATTR 宏定義用於定義一個 bus_attribute 變量；
• 使用 bus_create_file 函數，會在 /sys/bus/ 下創建對應的文件。
• bus_remove_file 則用於移除該文件。

6.7 匹配規則 **

下章筆記就是記錄平台設備。本次匹配規則就參考 平台設備驅動 源碼。

6.7.1 最先比較

最先比較 platform_device.driver_override 和 platform_driver.driver.name。

可以設置 platform_device 的 driver_override，強制選擇某個 platform_driver。

6.7.2 其次比較

其次比較 platform_device.name 和 platform_driver.id_table[i].name。

platform_driver.id_table 是 platform_device_id 指針，表示該 drv 支持若干個 device，它里面列出了各個 device 的 {.name, .driver_data}，其中的 name 表示該 drv 支持的設備的名字，driver_data是些提供給該 device 的私有數據。

6.7.3 最后比較

最后比較 platform_device.name 和 platform_driver.driver.name。

由於 platform_driver.id_table 可能為空，所以，接下來就可以使用 platform_driver.driver.name 來匹配。

6.7.4 函數調用關系

platform_device_register
platform_device_add
    device_add
        bus_add_device // 放入鏈表
        bus_probe_device // probe 枚舉設備，即找到匹配的(dev, drv)
            device_initial_probe
                __device_attach
                    bus_for_each_drv(...,__device_attach_driver,...)
                        __device_attach_driver
                            driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配
                            driver_probe_device // 調用 drv 的 probe
                            
                            
platform_driver_register
__platform_driver_register
    driver_register
        bus_add_driver // 放入鏈表
            driver_attach(drv)
                bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);
                    __driver_attach
                        driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配
                        driver_probe_device // 調用 drv 的 probe

6.8 實現設備模型的簡要步驟 *

總線、設備、驅動都基於驅動模型上實現，方便插入。

模塊三步驟：

1. 入口函數；
2. 出口函數；
3. 協議。

6.8.1 總線

1. 實現總線結構體內容；
2. 填充總線結構體；
3. 實現屬性文件內容，包括設置屬性文件結構體；
4. 注冊總線；（模塊入口函數）
5. 創建屬性文件；
6. 移除屬性文件；（模塊出口函數）
7. 注銷總線。

6.8.2 設備

1. 聲明外部總線變量；
2. 實現總線設備結構體內容；
3. 填充總線設備結構體；
4. 實現總線設備屬性文件內容，包括設置屬性文件結構體；
5. 注冊總線設備；（模塊入口函數）
6. 創建總線設備屬性文件；
7. 移除總線設備屬性文件；（模塊出口函數）
8. 注銷總線設備。

6.8.3 驅動

1. 聲明外部總線變量；
2. 實現總線驅動結構體內容；
3. 填充總線驅動結構體；
4. 實現總線驅動屬性文件內容，包括設置屬性文件結構體；
5. 注冊總線驅動；（模塊入口函數）
6. 創建總線驅動屬性文件；
7. 移除總線驅動屬性文件；（模塊出口函數）
8. 注銷總線驅動。

• 注意：總線驅動只是一個框架，類似於模塊框架，填空，然后內核幫你操作。具體的設備文件、設備號、設備節點這些還是和以前一樣自己實現。

鏈接

• 李柱明博客：https://www.cnblogs.com/lizhuming/
• 本文鏈接：https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/14596239.html