Linux的设备驱动模型

发布时间：2022-09-26 15:15:05 所属栏目：Linux 来源：

导读：　　只要牵扯到“模型”两个字，都属于高级操作，本文希望一步步的帮你理解驱动模式。1. 设备驱动模型

　　在前面写的驱动中，我们发现编写驱动有个固定的模式只有往里面套代码就可以了，它们之间的大

　　只要牵扯到“模型”两个字，都属于高级操作，本文希望一步步的帮你理解驱动模式。1. 设备驱动模型

　　在前面写的驱动中，我们发现编写驱动有个固定的模式只有往里面套代码就可以了，它们之间的大致流程可以总结如下：

　　因此，在Linux开发驱动，只要能够掌握了这些“套路”，开发一个驱动便不是难事。但是linux 驱动，如果我们将硬件的信息都写进了驱动里了，根据某个硬件编写的驱动只要修改了一下引脚接口，这个驱动代码就得重新修改才能使用，这显然是不合理的。

　　那有没有合适的解决方案呢？答案是肯定的：

　　Linux引入了设备驱动模型分层的概念，将我们编写的驱动代码分成：设备与驱动。

　　这样子就构成以下图形中的关系:

　　在实际操作上：

　　当然实际中，同一总线下的设备有很多，驱动也有很多，在总线上管理着两个链表，分别管理着设备和驱动，当我们向系统注册一个驱动时，便会向驱动的管理链表插入我们的新驱动，同样当我们向系统注册一个设备时，便会向设备的管理链表插入我们的新设备。

　　在插入的同时总线会执行一个匹配方法对新插入的设备/驱动进行匹配，在匹配成功的时候会调用驱动中的初始化方法，在移除设备或驱动时会调用注销方法。

　　以上只是设备驱动模型的机制。

　　看到这里是对设备驱动模型的一个粗略的介绍，接下来我们结合代码看一下实现的细节。

　　2. 总线

　　总线要干的核心工作就是：关联和匹配（match）

　　总线数据结构：

　　总线的类型也有很多种，在内核中使用结构体bus_type来表示总线，如下所示：

　　/* （内核源码/include/linux/device.h）*/
　　struct bus_type {
　　     const char              *name;
　　     const struct attribute_group **bus_groups; // 为bus目录创建属性
　　     const struct attribute_group **dev_groups; // 为device目录创建属性
　　     const struct attribute_group **drv_groups; // 为driver目录创建属性
　　 ?
　　     int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv); // 匹配函数
　　     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; // 私有数据
　　};
　　P 指向了一个私有数据结构，我们看一下这个数据结构的定义：

　　/* （内核源码/include/linux/base.h）*/
　　struct subsys_private {
　　     struct kset subsys;         // bus 目录
　　     struct kset *devices_kset; // device 目录
　　     struct list_head interfaces;
　　     struct mutex mutex;
　　 ?
　　     struct kset *drivers_kset; // driver 目录
　　     struct klist klist_devices; // 设备链表头
　　     struct klist klist_drivers; // 驱动链表头
　　     struct blocking_notifier_head bus_notifier;
　　     unsigned int drivers_autoprobe:1;
　　     struct bus_type *bus;
　　 ?
　　     struct kset glue_dirs;
　　     struct class *class;
　　};
　　两个关键的结构体，组成bus的基本数据结构：

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　　总线操作：

　　总线不是凭空出来的，可以通过以下的函数注册新的总线和注销总线，原型如下：

　　// 注册/注销总线API（内核源码/drivers/base/bus.c）
　　int bus_register(struct bus_type *bus);
　　void bus_unregister(struct bus_type *bus);
　　3. 设备

　　设备数据结构：

　　在内核使用device结构体来描述我们的物理设备，如下所示，

　　/* device结构体(内核源码/include/linux/device.h）*/
　　struct device {
　　     const char *init_name;
　　     struct device           *parent;
　　     struct kobject kobj;
　　     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;
　　};
　　/* driver_private 结构体(内核源码/include/linux/base.h） */
　　struct device_private {
　　     struct klist klist_children;
　　     struct klist_node knode_parent;
　　     struct klist_node knode_driver;
　　     struct klist_node knode_bus; // 链表头，关联总线的driver链表头
　　     struct list_head deferred_probe;
　　     struct device *device;
　　};
　　device的数据结构和bus的数据结构组合如下：

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　　设备操作：

　　内核也提供相关的API来注册和注销设备，如下所示：

　　/* 内核注册/注销设备(内核源码/driver/base/core.c） */
　　int device_register(struct device *dev);
　　void device_unregister(struct device *dev);
　　在讲解总线的时候，我们说过，当成功注册总线时，会在/sys/bus目录下创建对应总线的目录，该目录下有两个子目录，分别是drivers和devices，我们使用device_register注册的设备从属于某个总线时，该总线的devices目录下便会存在该设备文件。

　　4. 驱动

　　前面两小节，已经大致介绍完总线以及设备。设备能否正常工作，取决于驱动。驱动需要告诉内核，自己可以驱动哪些设备，如何初始化设备。

　　驱动数据结构：

　　在内核中，使用device_driver结构体来描述我们的驱动，如下所示：

　　/* device_driver 结构体(内核源码/include/linux/device.h） */
　　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 */
　　     enum probe_type probe_type;
　　 ?
　　     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);
　　     void (*shutdown) (struct device *dev);
　　     int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
　　     int (*resume) (struct device *dev);
　　     const struct attribute_group **groups;
　　 ?
　　     const struct dev_pm_ops *pm;
　　     void (*coredump) (struct device *dev);
　　 ?
　　     struct driver_private *p;
　　};
　　driver_private 结构如下：

　　完整的数据结构连起来如下：

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　　驱动操作：

　　内核提供了driver_register函数以及driver_unregister函数来注册/注销驱动，成功注册的驱动会记录在/sys/bus//drivers目录，函数原型如下所示：

　　/* device_driver结构体(内核源码/include/linux/device.h） */
　　int driver_register(struct device_driver *drv);
　　void driver_unregister(struct device_driver *drv);
　　5. 注册总线、设备、驱动

　　总线、设备、驱动基本的数据结构明白了之后，接下来我们要通过系统提供的接口，完成总线、设备、驱动的构建和关联，大致分步骤如下：

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　　系统启动之后会调用buses_init函数创建/sys/bus文件目录，这部分系统在开机时已经帮我们准备好了，接下去就是通过总线注册函数bus_register进行总线注册，注册完总线后在总线的目录下生成devices文件夹和drivers文件夹，最后分别通过device_register以及driver_register函数注册相对应的设备和驱动。

　　①：总线初始化

　　系统启动之后会调用 buses_init() 函数创建 /sys/bus 这个文件目录，这部分操作在系统开机时已经帮我们准备好了。

　　②：总线注册

　　系统中不一定有你需要的总线，linux提供了一些函数来添加或注销总线；大部分情况下编写linux驱动模块时，内核已经为我们写好了大部分总线驱动，正常情况下我们一般不会去注册一个新的总线。

　　总线注册和注销的函数原型如下：

　　int bus_register(struct bus_type *bus);
　　以注册xbus总线为例：

　　③：设备注册

　　添加设备，关联硬件相关代码

　　int device_register(struct device *dev)
　　④：驱动注册

　　添加驱动，关联软件相关代码

　　int driver_register(struct device_driver *drv)

（编辑：应用网_扬州站长网）

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