Linux 设备驱动模型platform==Linux驱动开发5

一、设备驱动模型简介

1、什么是设备驱动模型

• （1）类 class、总线 bus、设备 device、驱动 driver。
• （2）kobject 和对象生命周期
• （3）sysfs。
• （4）udev。

2、为什么需要设备驱动模型

• （1）早期内核（2.4 之前）没有统一的设备驱动模型，但照样可以使用
• （2）2.6 版本正式引入设备模型，目的是在设备越来越多，功耗要求等新特性要求的情况下 更易用、更优秀。
• （3）设备驱动模型负责统一实现和维护一些特性，比如：电源管理、热插拔、对象生命周 期、用户空间和内核空间交互等基础设施。
• （4）驱动模型的目的是简化驱动的编写，但客观上其本身的设计和实现很复杂。

3、驱动开发的两个点

• （1）驱动源码本身编写、调试。重点在于对硬件了解。
• （2）驱动什么时候被安装、驱动中的函数什么时候被调用。跟硬件无关，与设备驱动模型 有关。

二、设备驱动模型的底层架构

1、kobject

• （1）定义在 linux/kobject.h 中。
• （2）各种对象最基本的单元，提供各种公共服务，如：对象引用计数、维护对象链表、对 象上锁、对用户空间表示。
• （3）设备驱动模型中各种对象内部都会包含一个 kobject。
• （4）地位相当于面向对象体系架构中的总基类。

2、kobj_type

• （1）很多书中简称 ktype，每一个 kobject 都需要绑定一个 ktype 来提供相应功能。
• （2）关键点 1：sysfs_ops，提供该对象中 sysfs 中的操作方法（show 和 store）。
• （3）关键点 2：attribute，提供中 sysfs 中以文件形式存在的属性，其实就是应用接口。

3、kset

• （1）主要作用是做顶层 kobject 的容器类。
• （2）主要目的是将各个 kobject（代表着各个对象）组织出目录层次架构。
• （3）可以认为 kset 就是为了在 sysfs 中弄出目录层次，从而让设备驱动模型中的多个对象能 够有层次有逻辑性地组织在一起

三、总线式设备驱动组织方式

1、总线（bus）

• （1）物理上真实总线及其作用：如一栋楼的电线分布，方便连接和管理。
• （2）驱动框架中的总线式设计：操作系统创建各种总线如 USB 总线，然后所有 USB 设备都归 USB 总线管理，USB总线中存放着各种USB设备（支线 1）和其对应驱动（支线 2），一旦有新的 USB 设备插入， 即可找到其对应的驱动。
• （3）bus_type 结构体：总线模板，关键是match函数（用来匹配设备跟驱动）和 uevent（用来在用户空间自动创建设备节点）。

2、设备

• （1）struct device 是硬件设备在内核驱动框架中的抽象。
• （2）device_register 用于向内核框架注册一个设备。
• （3）通常 device 不会单独使用，而是被包含在一个具体设备结构体中，如 struct usb_device。

3、驱动

• （1）struct device_driver 是驱动程序在内核驱动框架中的抽象。
• （2）关键元素 1：name，驱动程序的名字，很重要，经常作为设备和驱动的匹配依据。
• （3）关键元素 2：probe，驱动程序探测函数，用来检测一个设备是否可以被该驱动所管理。

4、类

• （1）相关结构体：struct class 和 struct class_device。
• （2）udev 使用离不开 class。
• （3）class 的真正意义在于作为一个同类设备的容器。class 是一种人造概念，目的是为了对 各种设备进行分类管理。class 在分类的同时还对每个类贴上了一些标签，这也是我们 写驱动的基础设施。

5、总结

• （1）模型思想很重要，其实就是面向对象思想。
• （2）全是结构体套结构体，对基本功（语言功底和大脑复杂度）要求很高。

四、platform平台总线工作原理1

1、何为平台总线

• （1）总线（驱动模型）的一种，相对于 usb、pci、i2c 等物理总线来说，platform 总线是虚拟的，抽象出来的。
• （2）回顾裸机中讲的，CPU 与外部通信的两种方式：地址总线式连接和专用接口式连接。 平台总线对应地址值总线式连接设备，也就是 SoC 内部集成的各种内部外设。
• （3）思考：为什么要有平台总线？进一步思考为什么要有总线。：
  解决不带总线设备也拥有总线的功能，虚拟出来的总线平台platform，便于管理。

2、平台总线下管理的两员大将

• （1）platform 工作体系都定义在 driver/base/platform.c 中
• （2）两个结构体：platform_device 和 platform_driver。
• （3）两个接口函数：platform_device_register 和 platform_driver_register。

  struct platform_device
  {
  	const char* name;//平台总线下设备的名字
  	int id;
  	struct device dev;//所有设备通用的属性部分
  	u32 num_resources;//设备使用到的resource的个数
  	struct resource* resource;//设备使用到的资源数组的首地址
  	const struct platform_device_id* id_entry;//设备id表
  
  	/*arch specific addition*/
  	struct pdev_archdata archdata;//自留地，用来提供扩展性的
  }
  
  struct platform_driver
  {
  	int(*probe)(struct platform_device*);//驱动探测函数
  	int(*remove)(struct platform_device*);//去掉一个设备
  	void(*shutdown)(struct platform_device*);//关闭一个设备
  	int(*suspend)(struct platform_device*,pm_message_t state);
  	int(*resume)(struct platform_device*);
  	struct device_driver driver;//所有设备共用的一些属性
  	const struct platform_device_id* id_table;//设备ID 表
  }
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五、platform 平台总线工作原理 2

1、平台总线体系工作流程

• （1）第一步：系统启动时在 bus 系统中注册 platform。
• （2）第二步：内核的人负责提供 platform_driver==提供主机驱动。
• （3）第三步：写设备驱动的人负责提供 platform_driver==我们来做。
• （4）platform 的 match 函数发现 driver 和 device 匹配后，调用 driver 的 probe 函数来完成 驱动的初始化和安装，然后设备就工作起来了。

2、代码分析：platform本身注册

• （1）每种总线都会带一个 match 方法，match 方法用来对线下的 device 和 driver 进行匹配。 理论上每种匹配算法是不同的，但实际上一般都是看 name 的。主要有四种
• （2）platform_match 函数就是平台总线的匹配方法，该函数的工作中原理是：如果有 id_table 就说明驱动支持多个设备，所以这时候要拿 device 的 name 去对比 id_table 中所有的 name，只要找到一个相同的就匹配上了，如果没找到则匹配不上。如果没有 id_table 或匹配不上，那就直接对比 device 和 driver 的 name，若在匹配不上则匹配失败。

六、platform 平台总线工作原理 3

1、以 leds-s3c24xx.c 为例来分析 platform 设备和驱动的注册过程

• （1）platform_driver_register。
• （2）platform_device_register。

2、platdata 简介

• （1）platdata 是设备注册时提供的与设备有关的数据（譬如 gpio、中断号、设备名称），位 于 struct platform_device 的 struct device dev 中。
• （2）这些数据在设备和驱动 match 之后，会由设备方转给驱动方，便于驱动操作设备
• （3）好处：驱动源码中不携带数据，只负责算法，可移植性强。

七、平台总线编程示例

1.在驱动程序里添加 platform_driver 相关代码。
2.测试 platform_device 和 platform_driver 相遇时会怎样。

#include // module_init module_exit
#include  // __init __exit
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define X210_LED_OFF 1 
#define X210_LED_ON 0

// 定义大结构体
struct s5pv210_gpio_led{
	struct led_classdev cdev;
	struct s5pv210_led_platdata* pdata;
};

// 由 platform_device 指针得到 s5pv210_gpio_led 指针
static inline struct s5pv210_gpio_led* pdev_to_gpio(struct platform_device* dev)
{
	return platform_get_drvdata(dev);
}
//通过led_classdev得到s5pv210_gpio_led指针
static inline struct s5pv210_gpio_led* to_gpio(struct led_classdev* led_cdev)
{
	return container_of(led_cdev,struct s5pv210_gpio_led,cdev);
}

//这个函数就是要去完成具体的硬件读写任务的
static void s5pv210_led_set(struct led_classdev* led_cdev,enum led_brightness value)
{
	struct s5pv210_gpio_led* p=to_gpio(led_cdev);//透过led_classdev得到s5pv210_gpio_led指针
	printk(KERN_INFO "s5pv210_led_set\n");
	if (value == LED_OFF)// 用户给了个 0，希望 LED 灭 
		gpio_set_value(p->pdata->gpio, X210_LED_OFF); 
	else// 用户给的是非 0，希望 LED 亮 
		gpio_set_value(p->pdata->gpio, X210_LED_ON); 
}

//platform_device和platform_driver匹配后调用这函数
static int s5pv210_led_probe(struct platform_device* dev)
{
	int ret=-1;
	struct s5pv210_led_platdata* pdata=dev->dev.platform_data;//获取platform_data
	struct s5pv210_gpio_led* led;//实例化
	printk(KERN_INFO "----s5pv210_led_probe---\n");
	led=kzalloc(sizeof(struct s5pv210_gpio_led),GFP_KERNEL);//申请所需内存空间
	if(led==NULL){
		dev_err(&dev->dev,"No memory for device\n");return -ENOMEM;
	}
	platform_set_drvdata(dev,led);

	//在这里去申请驱动用到的各种资源，当前驱动中就是GPIO资源
	if(gpio_request(pdata->gpio,pdata->name))
		printk(KERN_ERR "gpio_request failed\n");
	else// 设置为输出模式，并且默认输出 1 让 LED 灯灭
		gpio_direction_output(pdata->gpio, 1);	
	
	//struct s5pv210_gpio_led的填充
	led->cdev.name=pdata->name;
	led->cdev.brightness=0;
	led->cedv.brightness_set=s5pv210_led_set;
	led->pdata=pdata;
	
	//注册led_classdev
	ret=led_classdev_register(&dev->dev,&led->cdev);
	if(ret<0){
		printk(KERN_ERR"led_classdev_register failed\n");return ret;
	}
	return 0;
}
//卸载平台设备驱动时调用该函数
static int s5pv210_led_remove(struct platform_device* dev)
{
	struct s5pv210_gpio_led* p=pdev_to_gpio(dev);//由platform_device指针得到s5pv210_gpio_led指针
	led_classdev_unregister(&p->cdev);//注销led_classdev
	gpio_free(p->pdata->gpio);//释放gpio资源
	kfree(p);//kfree最后一步
	return 0;
}	

//platform_driver实例化
static struct platform_driver s5pv210_led_driver={
	.probe=s5pv210_led_probe,
	.remove=s5pv210_led_remove,
	.driver={
		.name="s5pv210_led",
		,owner=THIS_MODULE,
	},
}

static int __init s5pv210_led_init(void)
{
	return platform_driver_register(&s5pv210_led_driver);//注册设备驱动
}
static void __exit s5pv210_led_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&s5pv210_led_driver);//卸载设备驱动
}
module_init(s5pv210_led_init); 
module_exit(s5pv210_led_exit);

MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("aston <1264671872@qq.com>"); 
MODULE_DESCRIPTION("s5pv210 led driver"); 
MODULE_ALIAS("s5pv210_led"); 
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