【linux】驅動-6-總線-設備-驅動

時間 2021-03-30

標籤 html node linux 數據結構 ide 函數操作系統指針 code 欄目 Linux 简体版

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前言

6. 總線-設備-驅動

總線-設備-驅動 又稱爲 設備驅動模型。html

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做該設備的操做方式；
類(class)：對於具備相同功能的設備，歸結到一種類別，進行分類管理；node

6.2 工做原理

如下只說總線-設備-驅動模式下的操做
總線：linux

總線管理着兩個鏈表：設備鏈表 和 驅動鏈表。
當咱們向內核註冊一個驅動時，便插入到總線的驅動鏈表。
當咱們向內核註冊一個設備時，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。方式有不少總，下面再詳細分析。）
匹配成功後，會調用驅動 device_driver 結構體中的 probe 方法。（一般在 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：數據結構

總線是鏈接處理器和設備之間的橋樑
表明着同類設備須要共同遵循的工做時序。

總線驅動：ide

負責實現總線行爲，管理兩個鏈表。

總線結構體：函數

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，當新註冊一種總線類型時，會在 /sys/bus 目錄建立一個新的目錄，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。
- 一般會在對應的 /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。這些文件通常是可讀寫的，用戶能夠經過讀寫操做來獲取和設置這些 attribute 的值。
match：當向總線註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做。
uevent：總線上的設備發生添加、移除或者其它動做時，就會調用該函數，來通知驅動作出相應的對策。
probe：當總線將設備以及驅動相匹配以後，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 註冊總線

在實際的驅動開發中，Linux 已經爲咱們編寫好了大部分的總線驅動。
可是內核也提供了註冊總線的 API。ui

bus_register()：操作系統

bus_register() 函數用於註冊總線。
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()：指針

bus_unregister() 用於註銷總線。
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。

當咱們成功註冊總線時，會在 /sys/bus/ 目錄下建立一個新目錄，目錄名爲咱們新註冊的總線名。code

6.4 設備

6.4.1 設備介紹

在 /sys/devices 目錄記錄了系統中全部的設備。
/sys 下的全部設備文件和 /sys/dev 下的全部設備節點都是連接文件，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，通常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繫，引入 Linux 設備驅動模塊後，設備之間呈現樹狀結構，便於管理各類設備。
bus：歸屬與哪一個總線。當咱們註冊設備時，內核便會將該設備註冊到對應的總線。（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 屬性進行比較以後，將匹配的節點保存到該變量。
platform_data：特定設備的私有數據，一般定義在板級文件中。
driver_data：驅動層能夠經過 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。當設備被註銷時，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 設備註冊、註銷

在前面的字符設備驅動編寫中，咱們使用到了 device_create() 函數和 device_destroy() 函數來建立和刪除設備。

如今介紹向總線註冊和註銷設備。
向總線註冊設備：

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。

向總線註銷設備：

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：歸屬與哪一個總線。內核須要保證在驅動執行以前，對應的總線可以正常工做。
suppress_bind_attrs：布爾量，用於指定是否經過 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，通常設置爲 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：當設備從操做系統中拔出或者是系統重啓時，會調用該回調函數。
probe：當驅動以及設備匹配後，會執行該回調函數，對設備進行初始化。一般的代碼，都是以main函數開始執行的，可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 驅動註冊、註銷

向總線註冊驅動：

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。

向總線註銷驅動：

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：

註冊流程圖：

系統啓動以後會調用buses_init函數建立/sys/bus文件目錄，這部分系統在開機時已經幫咱們準備好了，接下去就是經過總線註冊函數bus_register進行總線註冊，註冊完總線後在總線的目錄下生成devices文件夾和drivers文件夾，最後分別經過device_register以及driver_register函數註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，能夠避免一個個註冊 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 提供註冊和註銷設備屬性文件的 API。咱們能夠經過這些 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，分別表明了文件名，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，當咱們使用 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，可使用S_IRUSR、S_IWUSR、S_IXUSR 等宏定義，更多選項能夠查看讀寫文件章節關於文件權限的內容。
device_create_file：該函數用於建立文件。
- 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。當註銷驅動時，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 提供註冊和註銷驅動屬性文件的 API。咱們能夠經過這些 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一樣；
- RW 後綴表示文件可讀寫；
- RO 後綴表示文件僅可讀；
- WO 後綴表示文件僅可寫。
- 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，只須要提供 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便可。
driver_create_file 和 driver_remove_file 函數用於建立和移除文件，使用driver_create_file 函數，會在 /sys/bus/ /drivers/ / 目錄下建立文件。

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/ 下建立對應的文件。
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臺設備。本次匹配規則就參考 平臺設備驅動 源碼。

6.7.1 最早比較

最早比較 platform_device.driver_override 和 platform_driver.driver.name。

能夠設置 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，它裏面列出了各個 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 最後比較

最後比較 platform_device.name 和 platform_driver.driver.name。

因爲 platform_driver.id_table 可能爲空，因此，接下來就可使用 platform_driver.driver.name 來匹配。

6.7.4 函數調用關係

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