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)。
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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。
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