linux總線(xiàn)、設備和設備驅動(dòng)的關(guān)系

總線(xiàn)是處理器和一個(gè)或多個(gè)設備之間的通道，在設備模型中，所有的設備都通過(guò)總線(xiàn)相連，甚至是內部的虛擬"platform"總線(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)ls -l /sys/bus看到系統加載的所有總線(xiàn)。

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 platform

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 spi

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 scsi

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 usb

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 serio

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 i2c

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 mmc

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 sdio

drwxr-xr-x root root 1970-01-01 00:02 ac97

總線(xiàn)可以相互插入。設備模型展示了總線(xiàn)和它們所控制的設備之間的實(shí)際連接。在Linux 設備模型中，總線(xiàn)由bus_type 結構表示，定義在 ：

struct bus_type {

const char *name;

struct bus_attribute *bus_attrs;

struct device_attribute *dev_attrs;

struct driver_attribute *drv_attrs;

int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);

int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

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 (*suspend_late)(struct device *dev, pm_message_t state);

int (*resume_early)(struct device *dev);

int (*resume)(struct device *dev);

struct pm_ext_ops *pm;

struct bus_type_private *p;

};

1，總線(xiàn)的注冊和刪除，總線(xiàn)的主要注冊步驟：

（1）申明和初始化bus_type 結構體。只有很少的bus_type 成員需要初始化，大部分都由設備模型核心控制。但必須為總線(xiàn)指定名字及一些必要的方法。例如：

struct bus_type ldd_bus_type = {

.name = "ldd",

.match = ldd_match,

.uevent = ldd_uevent,

};

（2）調用bus_register函數注冊總線(xiàn)。int bus_register(struct bus_type *bus),該調用可能失敗，所以必須始終檢查返回值。

ret = bus_register(&ldd_bus_type);

if (ret)

return ret;

若成功，新的總線(xiàn)子系統將被添加進(jìn)系統，之后可以向總線(xiàn)添加設備。當必須從系統中刪除一個(gè)總線(xiàn)時(shí)，調用：

void bus_unregister(struct bus_type *bus);

2，總線(xiàn)方法

在 bus_type 結構中定義了許多方法，它們允許總線(xiàn)核心作為設備核心與單獨的驅動(dòng)程序之間提供服務(wù)的中介，主要介紹以下兩個(gè)方法: int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);

int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

對設備和驅動(dòng)的迭代：若要編寫(xiě)總線(xiàn)層代碼，可能不得不對所有已經(jīng)注冊到總線(xiàn)的設備或驅動(dòng)進(jìn)行一些迭代操作，這可能需要仔細研究嵌入到 bus_type 結構中的其他數據結構，但最好使用內核提供的輔助函數：

int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data, int (*fn)(struct device *, void *));

int bus_for_each_drv(struct bus_type *bus, struct device_driver *start, void *data, int (*fn)(struct device_driver *, void *));

3，總線(xiàn)屬性

幾乎Linux 設備模型中的每一層都提供添加屬性的函數，總線(xiàn)層也不例外。bus_attribute 類(lèi)型定義在 如下:

struct bus_attribute {

struct attribute attr;

ssize_t (*show)(struct bus_type *, char * buf);

ssize_t (*store)(struct bus_type *, const char * buf, size_t count);

};

內核提供了一個(gè)宏在編譯時(shí)創(chuàng )建和初始化bus_attribute 結構:

BUS_ATTR(_name,_mode,_show,_store)

int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);

void bus_remove_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);

例如創(chuàng )建一個(gè)包含源碼版本號簡(jiǎn)單屬性方法如下:

static ssize_t show_bus_version(struct bus_type *bus, char *buf)

{

return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%s", Version);

}

static BUS_ATTR(version, S_IRUGO, show_bus_version, NULL); //得到bus_attr_version

if (bus_create_file(&ldd_bus_type, &bus_attr_version))

printk(KERN_NOTICE "Unable to create version attribute");

之二：device

在最底層，Linux 系統中的每個(gè)設備由一個(gè)struct device 代表:

struct device

{

struct klist klist_children;

struct klist_node knode_parent;

struct klist_node knode_driver;

struct klist_node knode_bus;

struct device *parent; * 設備的 "父" 設備，該設備所屬的設備，通常一個(gè)父設備是某種總線(xiàn)或者主控制器。如果 parent 是 NULL, 則該設備是頂層設備，較少見(jiàn) */

struct kobject kobj;

char bus_id[BUS_ID_SIZE];

const char *init_name;

struct device_type *type;

unsigned uevent_suppress:1;

struct semaphore sem;

struct bus_type *bus;

struct device_driver *driver;

void *driver_data;

void *platform_data;

struct dev_pm_info power;

#ifdef CONFIG_NUMA

int numa_node;

#endif

u64 *dma_mask;

u64 coherent_dma_mask;

struct device_dma_parameters *dma_parms;

struct list_head dma_pools;

struct dma_coherent_mem *dma_mem;

struct dev_archdata archdata;

spinlock_t devres_lock;

struct list_head devres_head;

struct list_head node;

struct class *class;

dev_t devt;

struct attribute_group **groups;

void (*release)(struct device *dev);

};

（1）設備注冊

在注冊struct device 前，最少要設置parent, bus_id, bus, 和 release 成員，設備的注冊和注銷(xiāo)函數為:

int device_register(struct device *dev);

void device_unregister(struct device *dev);

一個(gè)實(shí)際的總線(xiàn)也是一個(gè)設備，所以必須單獨注冊，以下為lddbus注冊它的虛擬總線(xiàn)設備：

static void ldd_bus_release(struct device *dev)

{

printk(KERN_DEBUG "lddbus release");

}

struct device ldd_bus = {

.bus_id = "ldd0",

.release = ldd_bus_release

};

ret = device_register(&ldd_bus);

if (ret)

printk(KERN_NOTICE "Unable to register ldd0");

（2）設備屬性

sysfs 中的設備入口可有屬性，相關(guān)的結構是:

struct device_attribute {

struct attribute attr;

ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,char *buf);

ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count);

};

DEVICE_ATTR(_name,_mode,_show,_store);

int device_create_file(struct device *device, struct device_attribute * entry);

void device_remove_file(struct device * dev, struct device_attribute * attr);

一個(gè)實(shí)例是：終端執行：cd /sys/class/leds/lcd-backlight，

ls回顯：

uevent

subsystem

device

power

brightness

這些屬性可能都是通過(guò)device_create_file添加上去（至少brightness是這樣）。進(jìn)入device目錄，再輸入pwd，

回顯：/sys/devices/platform/smdk-backlight。變換到devices目錄下了，可見(jiàn)設備模型的不同構成是指向同一個(gè)設備的。

2.6下字符設備開(kāi)始用struct cdev結構體表示，但是我想調用device_create_file(dev, &dev_attr_debug);函數在/sys中導出信息，device_create_file()的第一個(gè)入口參數類(lèi)型為struct device結構體。問(wèn)題是struct cdev與struct device這兩個(gè)結構體沒(méi)有任何聯(lián)系的地方？答案是可以采用共同擁有的Kobjcet這個(gè)成員作為紐帶，所以從子類(lèi)cdev--->父類(lèi)kobject--->子類(lèi)device，推導得到：container_of(kobj)-->list_entry(entry)->(struct device*) 。因為containerof是從結構體指針成員找到結構體地址，所以從cdev的kobj可以找到父類(lèi)kobject的地址，而所有的kobject的entery都是在一個(gè)鏈表里面，遍歷這個(gè)鏈表，找到結構體成員為特定device結構的那一項。

（3）設備結構的嵌入

device 結構包含設備模型核心用來(lái)模擬系統的信息。但大部分子系統記錄了關(guān)于它們擁有的設備的額外信息，所以很少單純用device 結構代表設備，而是通常將其嵌入一個(gè)設備的高層結構體表示中。

lddbus 驅動(dòng)創(chuàng )建了它自己的 device 類(lèi)型(也即每類(lèi)設備會(huì )建立自己的設備結構體，其中至少一個(gè)成員是struct device類(lèi)型，比如video_device)，并期望每個(gè)設備驅動(dòng)使用這個(gè)類(lèi)型來(lái)注冊它們的設備:

struct ldd_device {

char *name;

struct ldd_driver *driver;

struct device dev;

};

#define to_ldd_device(dev) container_of(dev, struct ldd_device, dev);

lddbus 導出的注冊和注銷(xiāo)接口如下:

static void ldd_dev_release(struct device *dev)

{ }

int register_ldd_device(struct ldd_device *ldddev)

{

ldddev->dev.bus = &ldd_bus_type; //依賴(lài)的總線(xiàn)

ldddev->dev.parent = &ldd_bus; //父設備

ldddev->dev.release = ldd_dev_release;

strncpy(ldddev->dev.bus_id, ldddev->name, BUS_ID_SIZE); //設備名拷貝入device結構體中

return device_register(&ldddev->dev); //仍然用device_register注冊，只不過(guò)上層打包了

}

EXPORT_SYMBOL(register_ldd_device);

void unregister_ldd_device(struct ldd_device *ldddev)

{

device_unregister(&ldddev->dev);

}

EXPORT_SYMBOL(unregister_ldd_device);

之三：device_driver

設備模型跟蹤所有系統已知的驅動(dòng)，主要目的是使驅動(dòng)程序核心能協(xié)調驅動(dòng)和新設備之間的關(guān)系。一旦驅動(dòng)在系統中是已知的對象就可能完成大量的工作。驅動(dòng)程序的結構體device_driver 定義如下:

struct device_driver {

const char *name;

struct bus_type *bus;

struct module *owner;

const char *mod_name;

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);

struct attribute_group **groups;

struct pm_ops *pm;

struct driver_private *p;

};

（1）驅動(dòng)程序的注冊和注銷(xiāo)

int driver_register(struct device_driver *drv);

void driver_unregister(struct device_driver *drv);

（2）驅動(dòng)程序的屬性

struct driver_attribute {

struct attribute attr;

ssize_t (*show)(struct device_driver *drv, char *buf);

ssize_t (*store)(struct device_driver *drv, const char *buf, size_t count);

};

DRIVER_ATTR(_name,_mode,_show,_store)

*屬性文件創(chuàng )建的方法:*/

int driver_create_file(struct device_driver * drv, struct driver_attribute * attr);

void driver_remove_file(struct device_driver * drv, struct driver_attribute * attr);

（3）驅動(dòng)程序結構的嵌入

對大多數驅動(dòng)程序核心結構，device_driver 結構通常被嵌入到一個(gè)更高層的、總線(xiàn)相關(guān)的結構中。當然也有直接注冊驅動(dòng)的，不用嵌入到高層結構體。如driver_register(&wm97xx_driver)。

以lddbus 子系統為例，它定義了ldd_driver 結構:

struct ldd_driver {

char *version;

struct module *module;

struct device_driver driver;

struct driver_attribute version_attr;

};

#define to_ldd_driver(drv) container_of(drv, struct ldd_driver, driver);

lddbus總線(xiàn)中相關(guān)的驅動(dòng)注冊和注銷(xiāo)函數是:

static ssize_t show_version(struct device_driver *driver, char *buf)

{

struct ldd_driver *ldriver = to_ldd_driver(driver);

sprintf(buf, "%s", ldriver->version);

return strlen(buf);

}

int register_ldd_driver(struct ldd_driver *driver) //device_driver被嵌入到更高層結構體

{

int ret;

driver->driver.bus = &ldd_bus_type;

ret = driver_register(&driver->driver);

if (ret)

return ret;

driver->version_attr.attr.name = "version";

driver->version_attr.attr.owner = driver->module;

driver->version_attr.attr.mode = S_IRUGO;

driver->version_attr.show = show_version;

driver->version_attr.store = NULL;

return driver_create_file(&driver->driver, &driver->version_attr);

}

void unregister_ldd_driver(struct ldd_driver *driver)

{

driver_unregister(&driver->driver);

}

EXPORT_SYMBOL(register_ldd_driver);

EXPORT_SYMBOL(unregister_ldd_driver);

在sculld 中創(chuàng )建的 ldd_driver 結構如下:

static struct ldd_driver sculld_driver = {

.version = "$Revision: 1.21 $",

.module = THIS_MODULE,

.driver = {

.name = "sculld",

},

};

之四：class_register

類(lèi)是一個(gè)設備的高層視圖，它抽象出了底層的實(shí)現細節，從而允許用戶(hù)空間使用設備所提供的功能，而不用關(guān)心設備是如何連接和工作的。類(lèi)成員通常由上層代碼所控制，而無(wú)需驅動(dòng)的明確支持。但有些情況下驅動(dòng)也需要直接處理類(lèi)。

幾乎所有的類(lèi)都顯示在/sys/class目錄中，可以通過(guò)ls -l /sys/class來(lái)顯示。出于歷史的原因，有一個(gè)例外：塊設備顯示在/sys/block目錄中。在許多情況，類(lèi)子系統是向用戶(hù)空間導出信息的最好方法。當類(lèi)子系統創(chuàng )建一個(gè)類(lèi)時(shí)，它將完全擁有這個(gè)類(lèi)，根本不用擔心哪個(gè)模塊擁有那些屬性，而且信息的表示也比較友好。為了管理類(lèi)，驅動(dòng)程序核心導出了一些接口，其目的之一是提供包含設備號的屬性以便自動(dòng)創(chuàng )建設備節點(diǎn)，所以udev的使用離不開(kāi)類(lèi)。類(lèi)函數和結構與設備模型的其他部分遵循相同的模式，可與前三篇文章類(lèi)比。

（1）管理類(lèi)的接口和注冊注銷(xiāo)函數

類(lèi)由 struct class 的結構體來(lái)定義:

struct class {

const char *name; *每個(gè)類(lèi)需要一個(gè)唯一的名字, 它將顯示在 /sys/class 中*/

struct module *owner;

struct class_attribute *class_attrs;

struct device_attribute *dev_attrs;

struct kobject *dev_kobj;

int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

void (*class_release)(struct class *class);

void (*dev_release)(struct device *dev);

int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);

int (*resume)(struct device *dev);

struct pm_ops *pm;

struct class_private *p;

};

int class_register(struct class *cls);

void class_unregister(struct class *cls);

struct class_attribute {

struct attribute attr;

ssize_t (*show)(struct class *cls, char *buf);

ssize_t (*store)(struct class *cls, const char *buf, size_t count);

};

CLASS_ATTR(_name,_mode,_show,_store);

int class_create_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);

void class_remove_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);、

（2）類(lèi)設備，類(lèi)存在的真正目的是給作為類(lèi)成員的各個(gè)設備提供一個(gè)容器，成員由struct class_device 來(lái)表示，暫沒(méi)用到。

（3）類(lèi)接口

類(lèi)子系統有一個(gè) Linux 設備模型的其他部分找不到的附加概念，稱(chēng)為“接口”，可將它理解為一種設備加入或離開(kāi)類(lèi)時(shí)獲得信息的觸發(fā)機制，結構體如下：

struct class_interface {

struct list_head node;

struct class *class;

int (*add_dev) (struct device *, struct class_interface *);

void (*remove_dev) (struct device *, struct class_interface *);

};

int class_interface_register(struct class_interface *class_intf);

void class_interface_unregister(struct class_interface *class_intf);

設定class的好處：設備驅動(dòng)一般在注冊的時(shí)候都會(huì )調用此類(lèi)class的一些函數，主要作用就是在sys目錄里面創(chuàng )建一些節點(diǎn)，比如cd到/sys/class下面可以看到這一類(lèi)的設備，與這個(gè)相關(guān)的就是一些kobjects。當然對于一個(gè)新設備，可以注冊進(jìn)一個(gè)class也可以不注冊進(jìn)去，如果存在對應class的話(huà)注冊進(jìn)去更好。