Linux platform总线驱动基础知识

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platform总线驱动模型

  在Linux2.6版本以后的设备驱动编写时，一般需关心三部分内容，即 总线（bus）、设备（device） 和 驱动（driver） 三个实体。总线是设备和驱动之间的桥梁，Linux通过总线将设备与驱动两部分绑定起来。当向系统注册一个驱动时，总线会寻找与之匹配的设备，如果有的话会将两者联系起来；相反的，当向系统注册一个设备时，总线会在驱动中查找有没有与之匹配的设备，如果有的话也将两者联系起来。

  在真实的项目开发中，一般Linux设备和驱动通常挂接在一类总线上，但还是有一部分外设不依赖于类似I2C、SPI、USB等此类总线。基于此，产生了称为platform的一类总线，相应的设备称为platform_device，驱动称为platform_driver。platform_device并不是和Linux字符设备、块设备、网络设备并列的概念，而是一种附加手段。类似于将SoC内部集成的I2C、PWM、LCD等控制器归纳为platform_device。

平台总线注册和匹配方式

  在Linux设备驱动中，总线相对比较重要，它主要完成匹配设备和驱动，每当有新的设备或新的驱动加入到platform总线上时，总线便会调用platform_math函数对新增的设备进行配对。

  Linux内核通过platform_bus_type来描述总线。

\drivers\base\platform.c
struct bus_type platform_bus_type = {
	.name		= "platform",
	.dev_groups	= platform_dev_groups,
	.match		= platform_match,
	.uevent		= platform_uevent,
	.probe		= platform_probe,
	.remove		= platform_remove,
	.shutdown	= platform_shutdown,
	.dma_configure	= platform_dma_configure,
	.pm		= &platform_dev_pm_ops,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);
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  在上述结构体中，match函数指针相对重要，该函数指针指向的函数将负责实现platform总线驱动和playform总线设备的匹配过程。对于每个驱动总线，他都必须实例化该函数指针。platform_match函数原型如下所示

\drivers\base\platform.c
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
	struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
	struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

	/* When driver_override is set, only bind to the matching driver */
	if (pdev->driver_override)
		return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);

	/* Attempt an OF style match first */
	if (of_driver_match_device(dev, drv))
		return 1;

	/* Then try ACPI style match */
	if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
		return 1;

	/* Then try to match against the id table */
	if (pdrv->id_table)
		return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

	/* fall-back to driver name match */
	return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}
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  platform总线在Linux内核启动时自动进行注册，即内核自动调用函数platform_bus_init完成注册。

  platform总线提供了四种存在先后顺序的匹配方式：设备树>ACPI匹配模式>id_table方式>字符串比较。

\drivers\base\platform.c
int __init platform_bus_init(void)
{
	int error;

	early_platform_cleanup();

	error = device_register(&platform_bus);
	if (error) {
		put_device(&platform_bus);
		return error;
	}
	error =  bus_register(&platform_bus_type);
	if (error)
		device_unregister(&platform_bus);
	of_platform_register_reconfig_notifier();
	return error;
}
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  在上述platform总线初始化中，bus_register函数完成向Linux内核注册platform平台总线。

平台设备（platform_device）

  platform_device主要是为驱动程序提供设备信息,设备信息包括硬件信息和软件信息两部分。

• 硬件信息

  硬件信息主要是驱动程序使用到的寄存器、中断号、内存、IO资源等。

• 软件信息

  包括I2C设备的涉笔地址、片选设备的片选信号、以太网的MAC地址等信息。

  platform设备主要维护platform_device结构体，结构体原型如下所示。

\include\linux\platform_device.h
struct platform_device {
	const char	*name;
	int		id;
	bool		id_auto;
	struct device	dev;
	u64		platform_dma_mask;
	struct device_dma_parameters dma_parms;
	u32		num_resources;
	struct resource	*resource;

	const struct platform_device_id	*id_entry;
	char *driver_override; /* Driver name to force a match */

	/* MFD cell pointer */
	struct mfd_cell *mfd_cell;

	/* arch specific additions */
	struct pdev_archdata	archdata;
};
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结构体常用成员含义：

• name

  设备名称，需要于platform_driver的name值一致，否则纵向将匹配不成功。

• id

  id号，用于给插入该总线相同name的设备进行编号，如果只有一个设备，填入-1。

• dev

  内嵌的device结构体。Linux内核采用大量的面向对象的编程思想，platform_device通过继承该结构体，可复用他的相关代码，方便管理平台设备。其中成员platform_data,是个void *类型,可以给平台driver提供各种数据(比如:GPIO引脚等等)。

• num_resources

  表示资源的数量，当结构体成员resources存放的是数组时，一般记录resources数组的个数，内核通过宏定义ARRAY_SIZE计算数组的个数。

• resources

  平台设备提供给驱动的资源、信息，例如寄存器。

• id_entry

  平台总线提供的另一种匹配方式，原理是比较字符串。

platform_device 涉及的常用函数

\drivers\base\platform.c
/*
 * 平台设备注册，将设备挂接在platform总线上
 * [pdev] platform_device类型结构体指针
 */
int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
{
	device_initialize(&pdev->dev);
	setup_pdev_dma_masks(pdev);
	return platform_device_add(pdev);
}

/*
 * 平台设备注销
 * [pdev] platform_device类型结构体指针
 */
void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)
{
	platform_device_del(pdev);
	platform_device_put(pdev);
}
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  在platform_device结构体中resource结构体相对比较重要，这是实现驱动和设备分离的关键，它主要用于描述硬件信息，包括终端号、寄存器物理地址等，其结构体原型如下：

\include\linux\ioport.h
struct resource {
	resource_size_t start;
	resource_size_t end;
	const char *name;
	unsigned long flags;
	unsigned long desc;
	struct resource *parent, *sibling, *child;
};
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结构体常用成员变量含义：

• start

  资源的开始值，对于I/O内存来说是起始的内存地址，对于中断资源来说是起始的中断号，对于DMA资源来说是起始的DMA通道号

• end

  资源的结束值。

• flags

  用于指定该资源的类型，在Linux中，资源包括I/O、Memory、Register、IRQ、DMA、Bus等多种类型，最常见的有以下几种：

  当有的设备可能有多个资源，通常使用platform_get_resource函数来获取资源，原型如下：

\drivers\base\platform.c
/*
 * 获取设备信息
 * [dev] 指定要获取哪个平台设备的资源；
 * [type] 指定获取资源的类型，如IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IO等；
 * [num] 指定要获取的资源编号。每个设备所需要资源的个数是不一定的，为此内核对这些资源进行了编号，对于不同的资源，编号之间是相互独立的。
 */
struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *dev,
				       unsigned int type, unsigned int num)
{
	u32 i;

	for (i = 0; i < dev->num_resources; i++) {
		struct resource *r = &dev->resource[i];

		if (type == resource_type(r) && num-- == 0)
			return r;
	}
	return NULL;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_resource);
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平台驱动（platform_driver）

  platform驱动核心为platform_driver结构体，结构体内部包含多个函数指针，用于对platform驱动进行管理，如下所示：

\include\linux\platform_device.h
struct platform_driver {
	int (*probe)(struct platform_device *);
	int (*remove)(struct platform_device *);
	void (*shutdown)(struct platform_device *);
	int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
	int (*resume)(struct platform_device *);
	struct device_driver driver;
	const struct platform_device_id *id_table;
	bool prevent_deferred_probe;
};
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结构体常用成员含义：

• probe

  函数指针，当驱动与设备匹配成功后probe函数将会执行。驱动开发者需要在驱动程序中初始化该函数指针，一般通过该函数对设备进行一系列的初始化操作，类似于字符设备驱动中的init函数。

• remove

  函数指针，用于移除某个平台时调用，驱动开发者需要在驱动程序中初始化该函数指针，该函数实现的操作，通常是probe函数实现操作的逆过程，类似于字符设备驱动中的exit函数。

• driver

  Linux设备模型中用于抽象驱动的device_driver结构体，platform_driver继承该结构体，也就获取了设备模型驱动对象的特性。

• id_table

  id_table是个表，元素类型为platform_device_id类型，表示该驱动能够兼容的设备类型。

platform_driver常用函数

\include\linux\platform_device.h
#define platform_driver_register(drv) \
	__platform_driver_register(drv, THIS_MODULE)
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\driver\base\platform.c
/*
 * 注册平台驱动
 * [drv] platform_driver类型结构体指针
 * [owner] 一般为THIS_MODULE
 */
int __platform_driver_register(struct platform_driver *drv,
				struct module *owner)
{
	drv->driver.owner = owner;
	drv->driver.bus = &platform_bus_type;

	return driver_register(&drv->driver);
}

/*
 * 注销平台驱动
 * [drv] platform_driver类型结构体指针
 */
void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)
{
	driver_unregister(&drv->driver);
}

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参考

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《Linux设备驱动开发详解 基于最新的Linux4.0内核》

《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.pdf》

《[野火]i.MX Linux开发实战指南》

[驱动注册]platform_driver_register()与platform_device_register()

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