嵌入式Linux驅動——3 總線設備驅動模型

1.總線設備驅動模型

1.1?總線設備驅動模型

1.2 設備樹

1.3 platform_device 和 platform_driver 的匹配規則

1.3.1 最先比較

1.3.2?然后比較?

1.3.3?最后比較

2.LED 模板驅動程序的改造：總線設備驅動模型

1.總線設備驅動模型

在前面的 led 驅動程序中，我們使用分離的思想驅動程序分為了 led_resource.c 和 led_drv.c

分離思想為不同種類的硬件資源定義了不同的 resource 結構體，但是在設備有各種資源，難道每種資源都用一個結構體表示？

這并不現實，因此在分離思想中擴展出總線設備驅動模型

ps：其實并沒有解決這個問題，這也是一種分離的思想方法

1.1?總線設備驅動模型

引入 platform_device 和 platform_driver，將“資源”與“驅動”分離開來：

可以看到，一種硬件資源通過一個 platform_device 結構體表示，并通過總線 bus 與其相對的驅動 platform_driver 結構體相連接

（ps：好像并沒有解決一種資源用一個結構體表示的問題，不過韋老師在視頻是這樣介紹的...不懂了）
答：因為這也是一種分離的思想，確實是沒有解決這個問題

?特點：

代碼稍微復雜，但是易于擴展。跟“分離思想”類似，可隨時修改硬件資源，不像傳統寫法，引腳的使用和操作都寫死在代碼中
冗余代碼太多，修改引腳時設備端的代碼需要重新編譯

1.2 設備樹

因每個板子的硬件資源都不同，因此會存在大量的硬件資源 .c 文件存在于Linux內核中，這就會導致內核十分龐大臃腫

由此引出設備樹

對于每個單板都會有其對應的 dts 文件包含它的所有硬件資源
需要使用時，將該單板的 dts 文件編譯成 dtb 文件并傳入內核
內核會解析dtb文件并構造出一系列的 platform_device?

因 dts 文件放在內核之外，這樣就保持了 Linux 內核的干凈

并不是說有了設備樹文件就不用再編寫驅動：設備樹僅用于描述硬件資源，具體操作還得編寫驅動代碼

1.3 platform_device 和 platform_driver 的匹配規則

1.3.1 最先比較

若?platform_device 中定義了?driver_override

則最先比較 platform_device.driver_override 和 platform_driver.driver.name

可以通過設置 platform_device 的 driver_override，強制選擇某個 platform_driver （非某人不嫁）

1.3.2?然后比較?

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，它里面列出了各個 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。

通過 name 進行匹配

1.3.3?最后比較

platform_device.name 和 platform_driver.driver.name

platform_driver.id_table 可能為空，這時可以根據 platform_driver.driver.name 來尋找同名的 platform_device。

2.LED 模板驅動程序的改造：總線設備驅動模型

board_A_led.c：

定義?platform_device 結構體中的內容：name、num_resources、resource等成員
在入口函數和出口函數中分別注冊和注銷?platform_device 結構體

demo 示例代碼：

#include "led_resource.h"static struct led_resource board_A_led = {.pin = GROUP_PIN(3,1),
};/*定義resource資源*/
/*flag隨便拿一個IORESOURCE_IRQ用著先*/
static struct resource resource[] = {{.start = GROUP_PIN(3,1),.flags = IORESOURCE_IRQ,},{.start = GROUP_PIN(5,8),.flags = IORESOURCE_IRQ,},
}/*定義platform_device結構體*/
static struct platform_device board_A_led_dev ={.name = "100ask_led",.num_resources = ARRAY_SIZE(resource),.resource = resource,
};/*入口函數*/
static int led_dev_init(void)
{int err;/*注冊*/err = platform_device_register(&board_A_led_dev);return 0;
}/*出口函數*/
static void led_dev_exit(void)
{int err;/*注銷*/err = platform_device_unregister(&board_A_led_dev);return 0;
}module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

?chip_demo_gpio.c：

老規矩，配置 led_operations 結構體，定義實現結構體成員的函數 board_demo_led_init 和?board_demo_led_ctl（硬件操作）
配置平臺驅動 platform_driver 結構體，實現成員函數：
chip_demo_gpio_probe：用于初始化設備，只要有 platform_device 與 platform_driver 配對，就會執行這個函數，可以看出，把之前在 leddrv.c 中的創建設備節點的命令放到了這里
chip_demo_gpio_remove：用于清除設備，就是和上面相反
最后也是老規矩，實現該驅動的入口函數和出口函數

注意：入口函數中的 register_led_operations 操作，這是給 leddrv.c 傳入led_operations 結構體用的，為什么不在 leddrv.c 中調用定義好的 get_board_led_opr 函數？？

????????這涉及一個相互依賴問題，因為前面 chip_demo_gpio_probe 中創建和清除設備節點的函數 led_class_create_device 依賴于底層的 leddrv.c ，如果此時又在底層的?leddrv.c 中調用上層的?get_board_led_opr ，會造成的交叉依賴的問題，因此只能通過指針在上層傳給leddrv.c

demo程序代碼：（只打印信息，不做具體操作）

#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/platform_device.h>#include "led_opr.h"
#include "leddrv.h"
#include "led_resource.h"// 全局LED引腳數組和計數器
static int g_ledpins[100]; 
static int g_ledcnt = 0;// LED初始化函數：配置指定LED的GPIO引腳
static int board_demo_led_init(int which) 
{printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));// 根據GPIO組號執行不同的初始化操作switch(GROUP(g_ledpins[which])) {case 0: printk("init pin of group 0 ...\n"); break;case 1: printk("init pin of group 1 ...\n"); break;case 2: printk("init pin of group 2 ...\n"); break;case 3: printk("init pin of group 3 ...\n"); break;}return 0;
}// LED控制函數：設置指定LED的開關狀態
static int board_demo_led_ctl(int which, char status) 
{printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which]));// 根據GPIO組號執行不同的控制操作switch(GROUP(g_ledpins[which])) {case 0: printk("set pin of group 0 ...\n"); break;case 1: printk("set pin of group 1 ...\n"); break;case 2: printk("set pin of group 2 ...\n"); break;case 3: printk("set pin of group 3 ...\n"); break;}return 0;
}// LED操作接口結構體
static struct led_operations board_demo_led_opr = {.init = board_demo_led_init,.ctl  = board_demo_led_ctl,
};// 獲取LED操作接口
struct led_operations *get_board_led_opr(void)
{return &board_demo_led_opr;
}// 平臺設備探測函數：初始化LED設備
static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{struct resource *res;int i = 0;// 遍歷并注冊所有LED資源while (1) {res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i++);if (!res) break;g_ledpins[g_ledcnt] = res->start;led_class_create_device(g_ledcnt);g_ledcnt++;}return 0;
}// 平臺設備移除函數：清理LED設備
static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{struct resource *res;int i = 0;// 注銷所有LED設備while (1) {res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i);if (!res) break;led_class_destroy_device(i);i++;g_ledcnt--;}return 0;
}// 平臺驅動定義
static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = {.probe      = chip_demo_gpio_probe,.remove     = chip_demo_gpio_remove,.driver     = {.name   = "100ask_led",  // 驅動名稱},
};// 驅動初始化
static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void)
{int err;// 注冊平臺驅動和LED操作err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver); register_led_operations(&board_demo_led_opr);return 0;
}// 驅動退出
static void __exit lchip_demo_gpio_drv_exit(void)
{platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);
}module_init(chip_demo_gpio_drv_init);
module_exit(lchip_demo_gpio_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

leddrv.c：

使用 EXPORT_SYMBOL() 函數將創建、刪除設備號和讀取 led_operations 結構體函數導出給 chip_demo_gpio.c 使用
EXPORT_SYMBOL()：使其對所有內核代碼可見，從而可以在其他內核模塊中直接調用。若只包含在頭文件中，則只有在該模塊中可以使用
其他就是正常的 led 驅動操作，配置 file_operations 結構體，實現結構體成員的各種函數

上面已經解釋了為什么不能通過get_board_led_opr函數獲取led_operations結構體，這里不再重復

demo程序代碼：（只打印信息，不做具體操作）

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include "led_opr.h"  // 自定義LED操作接口頭文件/* 主設備號：0表示由內核動態分配 */
static int major = 0;
static struct class *led_class;          // 設備類指針
struct led_operations *p_led_opr;        // LED操作函數集指針/* 工具宏：取最小值 */
#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)/**************************** 設備管理接口 ****************************/
/*** @brief 創建設備節點* @param minor 次設備號*/
void led_class_create_device(int minor)
{// 在/dev目錄下創建設備節點，命名為100ask_led0, 100ask_led1等device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "100ask_led%d", minor);
}/*** @brief 銷毀設備節點 * @param minor 次設備號*/
void led_class_destroy_device(int minor)
{device_destroy(led_class, MKDEV(major, minor));
}/*** @brief 注冊LED操作函數集* @param opr 包含init/ctl等操作函數的指針結構體*/
void register_led_operations(struct led_operations *opr)
{p_led_opr = opr;  // 保存外部傳入的操作函數集
}/* 導出符號供其他模塊使用 */
EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);
EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);
EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);/**************************** 文件操作接口 ****************************/
/* read操作（未實現實際功能） */
static ssize_t led_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}/*** @brief write操作：控制LED狀態* @param file 文件結構體* @param buf 用戶空間數據緩沖區（包含控制命令）* @param size 數據大小* @param offset 文件偏移* @return 成功寫入的字節數*/
static ssize_t led_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;char status;  // 存儲LED狀態（0/1）struct inode *inode = file_inode(file);int minor = iminor(inode);  // 獲取次設備號printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);// 從用戶空間拷貝控制數據err = copy_from_user(&status, buf, 1);/* 調用注冊的LED控制函數 */p_led_opr->ctl(minor, status);return 1;  // 返回已處理的字節數
}/*** @brief open操作：初始化LED* @param node inode結構體* @param file 文件結構體* @return 成功返回0*/
static int led_drv_open(struct inode *node, struct file *file)
{int minor = iminor(node);  // 獲取次設備號printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* 調用注冊的LED初始化函數 */p_led_opr->init(minor);return 0;
}/* release操作（未實現實際功能） */
static int led_drv_close(struct inode *node, struct file *file)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);return 0;
}/* 文件操作結構體定義 */
static struct file_operations led_drv = {.owner   = THIS_MODULE,  // 模塊所有者.open    = led_drv_open,.read    = led_drv_read,.write   = led_drv_write,.release = led_drv_close,
};/**************************** 模塊初始化/退出 ****************************/
/*** @brief 模塊初始化函數* @return 成功返回0，失敗返回錯誤碼*/
static int __init led_init(void)
{int err;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* 1. 注冊字符設備（動態分配主設備號） */major = register_chrdev(0, "100ask_led", &led_drv);/* 2. 創建設備類 */led_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_led_class");if (IS_ERR(led_class)) {printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);unregister_chrdev(major, "led");return -1;}return 0;
}/*** @brief 模塊退出函數*/
static void __exit led_exit(void)
{printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* 1. 銷毀設備類 */class_destroy(led_class);/* 2. 注銷字符設備 */unregister_chrdev(major, "100ask_led");
}/* 指定模塊的初始化和退出函數 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);/* 模塊許可證聲明（必需） */
MODULE_LICENSE("GPL");

?ledtest.c：

正常的測試函數，跟之前的都一樣

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>/** ./ledtest /dev/100ask_led0 on* ./ledtest /dev/100ask_led0 off*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;char status;/* 1. 判斷參數 */if (argc != 3) {printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打開文件 */fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}/* 3. 寫文件 */if (0 == strcmp(argv[2], "on")){status = 1;write(fd, &status, 1);}else{status = 0;write(fd, &status, 1);}close(fd);return 0;
}

Makefile：

跟以往不同，這里需要把不同的驅動.c文件各自編譯成單獨的ko文件

1.必須拆分為獨立.ko的情況：

設備信息來自硬件（如DTB或ACPI）

同一總線支持多種設備（如USB鍵盤/鼠標共用一個USB總線驅動）

2.可合并的情況一個.ko的情況：

純軟件模擬的總線（如虛擬平臺設備）

設備固定且無需動態匹配
KERN_DIR = all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f ledtest# 參考內核源碼drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c編譯成ab.ko, 可以這樣指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.oobj-m += leddrv.o chip_demo_gpio.o board_A_led.o