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Linux Device Driver

2018-07-07

设备驱动模型

  • 由描述设备相关的结构与描述驱动相关的结构组成。如usb总线有usb_deviceusb_driver,dts描述设备有platform_deviceplatform_driver

  • 通常device由总线或者kernel生成,然后由相应的driver与其绑定

  • 设备抽象结构体strcut device(include/linux/device.h),具体设备都会包含一个struct device成员,如usb_device定义如下:

    // include\linux\usb.h
    struct usb_device {
    	int		devnum;
    	......
    	struct device dev;
        ......
    
  • 驱动抽象结构体struct device_driver(include/linux/device.h)

  • class用于对设备进行分类管理

相关目录

/sys

sysfs挂载点目录,主要用于描述设备驱动模型,包含如下子目录:

$ ls /sys
block  class  devices   fs          kernel  power
bus    dev    firmware  hypervisor  module
  • module: 所有被安装到内核的模块,都会在该目录下存在同名文件夹

    $ ls /sys/module/
    8250                 i8042        rng_core
    ablk_helper          ima          scsi_mod
    acpi                 input_leds   scsi_transport_spi
    acpi_cpufreq         intel_idle   serio_raw
    acpiphp              ipv6         sg
    aesni_intel          joydev       shpchp
    aes_x86_64           kdb          spurious
    
  • bus: 所有的系统总线存在于在目录下,各个子目录又包含该总线下的设备和对应的驱动,如下:

    # 各个系统总线
    $ ls /sys/bus
    acpi         event_source  mipi-dsi  pci          scsi   virtio
    clockevents  i2c           mmc       pci_express  sdio   vme
    clocksource  machinecheck  nd        platform     serio  workqueue
    # pci总线下的设备
    $ ls /sys/bus/pci/devices
    0000:00:00.0  0000:00:15.0  0000:00:16.1  0000:00:17.2  0000:00:18.3
    0000:00:01.0  0000:00:15.1  0000:00:16.2  0000:00:17.3  0000:00:18.4
    0000:00:07.0  0000:00:15.2  0000:00:16.3  0000:00:17.4  0000:00:18.5
    # pci设设备相应的driver
    $ ls /sys/bus/pci/drivers
    agpgart-intel  bmdrv           iosf_mbi_pci  pcieport     vmwgfx
    agpgart-via    dwc2-pci        mptspi        piix4_smbus  vmw_pvscsi
    ahci           e1000           ohci-pci      serial       vmw_vmci
    
  • class: 所有设备类的目录,如下:

    # 各个设备类
    $ ls /sys/class/
    ata_device     dmi             leds          ppp           spi_master
    ata_link       drm             mdio_bus      printer       spi_transport
    ata_port       drm_dp_aux_dev  mem           pwm           pci_bus
    # pci_bus类下的设备
    $ ls /sys/class/pci_bus
    0000:00  0000:04  0000:08  0000:0c  0000:10  0000:14  0000:18  0000:1c  0000:20
    0000:01  0000:05  0000:09  0000:0d  0000:11  0000:15  0000:19  0000:1d  0000:21
    
  • devices: 包含系统所有的设备,按照层次结构分布,如下:

    $ ls /sys/devices
    breakpoint  LNXSYSTM:00  pci0000:00  pnp0      system      virtual
    cpu         msr          platform    software  tracepoint
    $ ls /sys/devices/system/cpu #cpu信息
    
  • dev: 包含block和char,存放块设备和字符设备的主次号(major:minor),指向/sys/devices中的设备,如下:

    $ ll /sys/dev/char
    10:1 -> ../../devices/virtual/misc/psaux/
    10:175 -> ../../devices/virtual/misc/agpgart/
    10:183 -> ../../devices/virtual/misc/hw_random/
    10:200 -> ../../devices/virtual/misc/tun/
    10:223 -> ../../devices/virtual/misc/uinput/
    10:227 -> ../../devices/virtual/misc/mcelog/
    

/dev

该目录存放设备文件,可以理解成对上层应用提供使用的接口文件,该文件通常由驱动创建,内容参考如下:

  $ ls /dev
  agpgart          loop4               stderr  tty35  tty8       ttyS8
  autofs           loop5               stdin   tty36  tty9       ttyS9
  block            loop6               stdout  tty37  ttyprintk  uhid
  cdrom            mapper              tty1    tty4   ttyS10     userio

Platform驱动模型

  • 相对USB、PCI等物理总线来说,platform总线是虚拟出来的。在Soc系统中许多外部设备直接挂在CPU的内存空间,不依附任何总线;虚拟出platform总线,用于与驱动模型保持一致。
  • 直接挂在Soc空间的设备,通过dts(Device tree source) 描述资源。linux启动时根据dtb文件,生成platform device设备。
  • platform总线相关代码:driver\base\platform.c
  • 结构体和方法定义:include\linux\platform_device.h

platform_device

struct platform_device {
	const char	*name;  //平台设备的名字
	int		    id;     //ID是用来区分设备名字相同时通过在后面添加一个数字来区分
	struct device	dev; //内置的device结构体
	u32		num_resources; //resource数组数量
	struct resource	*resource;  //指向资源结构体数组
	const struct platform_device_id	*id_entry; //用于与设备驱动匹配的id_table表
	char *driver_override; /* Driver name to force a match */
	struct pdev_archdata	archdata; //自留数据
};

struct resource {      // 资源结构体
    resource_size_t start;  // 资源的起始值,如果是地址,那么是物理地址,不是虚拟地址
    resource_size_t end;    // 资源的结束值,如果是地址,那么是物理地址,不是虚拟地址
    const char *name;       // 资源名
    unsigned long flags;    // 资源的标示,用来识别不同的资源
    struct resource *parent, *sibling, *child;   // 资源指针,可以构成链表
};

platform_device与dts关系

// dts片段
test@0x10000000 {
    compatible = "mytest,test";
    reg = <0x0 0x10000000 0x0 0x1000>,
          <0x0 0x10002000 0x0 0x1000>;
    reg-names = "rega", "regb";
};

linux启动后,会生成/sys/bus/platform/10000000.test设备,相应的platform_device结构体数据如下:

platform_device {
	name = "10000000.test",
	id = 0,
	num_resources = 2,
	resource = {"rega":[0x10000000,0x10001000], 
                "regb":[0x10002000,0x10003000]}
};

platform_driver的定义

struct platform_driver {
	int (*probe)(struct platform_device *);  //设备添加后会触发
	int (*remove)(struct platform_device *); //设备删除后会触发
	void (*shutdown)(struct platform_device *);
	int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
	int (*resume)(struct platform_device *);
	struct device_driver driver;   //内置device_driver
	const struct platform_device_id *id_table; //设备驱动支持列表
	bool prevent_deferred_probe;
};

driver与device的匹配

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) 
// 总线下的设备与设备驱动的匹配函数
{
    if (pdrv->id_table)    //如果pdrv中的id_table表存在,则匹配id_table
        return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;  
    //  匹配 pdev->name与drv->name名字是否形同
    return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

driver典型写法

static const struct of_device_id my_test_match[] = {
    { .compatible = "mytest,test" },{ }, //与dts中的compatible保持一致
};

MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_test_match); //映射设备,/lib/modules/KERNEL/modules.alias

static struct platform_driver my_test_driver = {
    .probe  = my_test_probe,
    .remove = my_test_remove,
    .driver = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .name = "my-test", //此处可以写成10000000.test,用name匹配device,但没必要
        .of_match_table = my_test_match,
    }
};
module_platform_driver(my_test_driver);

// pdev由kernel传入
static int my_test_probe(struct platform_device *pdev){
    platform_get_resource(pdev, ...); // 获取资源
    class_create(THIS_MODULE, ...);  // 创建class,生成/sys/class/my-test
    alloc_chrdev_region(...);  //申请id
    device_create(...); //创建device, 生成/sys/devices/.../my-test
    cdev_init(...);  //创建字符设备,生成/dev/my-test0
    return 0;
}

static int my_test_remove(struct platform_device *pdev) {
	device_destroy(...); // 释放资源
	class_destroy(...); // 释放资源
	return 0;
}

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