《linux设备驱动开发详解》笔记——12linux设备驱动的软件架构思想
本章重点讲解思想、思想、思想。
12.1 linux驱动的软件架构
下述三种思想,在linux的spi、iic、usb等复杂驱动里广泛使用。后面几节分别对这些思想进行详细说明。
- 思想1:驱动与设备分离,linux采用总线、设备和驱动模型,驱动只管驱动,设备只管设备,总线负责匹配设备和驱动;驱动从标准途径拿到板级信息(设备信息,现在都已dts的形式存在),这样驱动就可以放之四海而皆准了,结构如下图。
说到“总线”,有很多种,如I2C、SPI等,linux还为没有硬件总线的设备提出一种虚拟总线,即platform总线,同时还有对应的platform设备和platform驱动。
为啥? linux驱动要支持很多硬件,如果把设备信息写到驱动里,驱动会有非常多分支,一堆东西揉到一起,换成一锅粥,所以要把设备和驱动分开。
- 思想2:分层设计思想,file_opretations、IO模型等,是很多驱动共有的部分,linux提炼出一个中间层,把这些部分封装起来,供所有驱动使用。这就引出了软件分层的思想。
- 思想3:主机与外设分隔的思想。例如spi分为主机和外设,不同CPU有M种spi主机,同时不通外设也有N种,如果直接交叉支持,势必有M*N种组合,代码会非常复杂。需要在主机和外设中间插入一个标准API,把M和N分隔开,主机和外设都使用标准API与中间的分隔层接口,这样只需要实现M个主机和N个外设驱动即可,这种思想也叫“高内聚,低耦合”
12.2 platform设备驱动
12.2.1 platform总线、设备与驱动
- linux 2.6以后,采用总线、设备、驱动模型;
- platform的引入:有些设备本身依附一种总线,例如IIC、SPI、PCI、SPI等,很容易实现linux的总线/设备/驱动模型;但有些设备不依赖总线,例如SOC系统内部集成的独立外设控制器等,基于这种情况,linux发明了一种虚拟总线,即platform总线,对应的设备和驱动分别为platform_device和platform_driver。
- platform device不是针对linux的字符设备、块设备、网络设备的,是linux的一种附加手段。SOC内部集成的各控制器,例如IIC、RTC、LCD等一般都归纳为platform device。
- platform作为一种虚拟总线,与其他实体总线地位对等,例如SPI/IIC总线等,掌握了platform总线,其他总线也是类似的。
关键数据结构:
1. device
- #include <linux/platform_device.h>
- struct platform_device {
- const char *name;
- int id;
- bool id_auto;
- struct device dev; // linux/device.h里定义,总线match时,实际match的是dev,所有设备共性的部分
- u32 num_resources; // 资源
- struct resource *resource;
- const struct platform_device_id *id_entry;
- /* MFD cell pointer */
- struct mfd_cell *mfd_cell;
- /* arch specific additions */
- struct pdev_archdata archdata;
- };
2.driver
- #include <linux/platform_device.h>
// probe等函数由内核的platform机制实现了,驱动需要填充driver结构体- struct platform_driver {
- int (*probe)(struct platform_device *);
- int (*remove)(struct platform_device *);
- void (*shutdown)(struct platform_device *);
- int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); // 电源管理,基本不用了,有driver里的
- int (*resume)(struct platform_device *); // 同上
- struct device_driver driver; // 所有驱动共享的部分,match以后driver.probe执行,同时调用外层platform_driver的prove执行
- const struct platform_device_id *id_table; // 一组ID表
- bool prevent_deferred_probe;
- };
- // linux/device.h
- /**
- * struct device_driver - The basic device driver structure
- * @name: Name of the device driver.
- * @bus: The bus which the device of this driver belongs to.
- * @owner: The module owner.
- * @mod_name: Used for built-in modules.
- * @suppress_bind_attrs: Disables bind/unbind via sysfs.
- * @of_match_table: The open firmware table.
- * @acpi_match_table: The ACPI match table.
- * @probe: Called to query the existence of a specific device,
- * whether this driver can work with it, and bind the driver
- * to a specific device.
- * @remove: Called when the device is removed from the system to
- * unbind a device from this driver.
- * @shutdown: Called at shut-down time to quiesce the device.
- * @suspend: Called to put the device to sleep mode. Usually to a
- * low power state.
- * @resume: Called to bring a device from sleep mode.
- * @groups: Default attributes that get created by the driver core
- * automatically.
- * @pm: Power management operations of the device which matched
- * this driver.
- * @p: Driver core's private data, no one other than the driver
- * core can touch this.
- *
- * The device driver-model tracks all of the drivers known to the system.
- * The main reason for this tracking is to enable the driver core to match
- * up drivers with new devices. Once drivers are known objects within the
- * system, however, a number of other things become possible. Device drivers
- * can export information and configuration variables that are independent
- * of any specific device.
- */
- struct device_driver {
- const char *name;
- struct bus_type *bus; // 对应总线结构体指针
- struct module *owner;
- const char *mod_name; /* used for built-in modules */
- bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
- const struct of_device_id *of_match_table;
- const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
- int (*probe) (struct device *dev); // 总线match完设备和驱动以后,这个函数会执行,
// 形参dev就是被match的设备信息!!!- 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;
- struct driver_private *p;
- };
3.总线
总线的类型为bus_type,内核直接为platform定义了一个总线实体
- // drivers/base/platform.c,这些函数都是现成的,在platform机制里实现了。
- struct bus_type platform_bus_type = {
- .name = "platform",
- .dev_groups = platform_dev_groups,
- .match = platform_match, // 匹配函数,关键
- .uevent = platform_uevent,
- .pm = &platform_dev_pm_ops,
- };
- /**
- * platform_match - bind platform device to platform driver.
- * @dev: device.
- * @drv: driver.
- *
- * Platform device IDs are assumed to be encoded like this:
- * "<name><instance>", where <name> is a short description of the type of
- * device, like "pci" or "floppy", and <instance> is the enumerated
- * instance of the device, like '0' or '42'. Driver IDs are simply
- * "<name>". So, extract the <name> from the platform_device structure,
- * and compare it against the name of the driver. Return whether they match
- * or not.
- */
- static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
- {
- struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
- struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
- /* Attempt an OF style match first */ // 基于dts匹配优先级最高
- if (of_driver_match_device(dev, drv))
- return ;
- /* Then try ACPI style match */
- if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
- return ;
- /* Then try to match against the id table */ // 基于platform device和platform driver的ID
- if (pdrv->id_table)
- return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
- /* fall-back to driver name match */ // 基于名字
- return (strcmp(pdev->name, drv->name) == );
- }
linux 2.6以及之前版本,platform device通常定义在板级bsp里,然后再add;而3.x以后,改为自动展开dts,形成若干device。
12.2.2 将globalmem作为platform设备
没法实验,只罗列代码。
- static int globalfifo_probe(struct platform_device *pdev) // 完成原来globalmem_init的任务
- {
- int ret;
- dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, );
- if (globalfifo_major)
- ret = register_chrdev_region(devno, , "globalfifo");
- else {
- ret = alloc_chrdev_region(&devno, , , "globalfifo");
- globalfifo_major = MAJOR(devno);
- }
- if (ret < )
- return ret;
- globalfifo_devp = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*globalfifo_devp),GFP_KERNEL);
- if (!globalfifo_devp) {
- ret = -ENOMEM;
- goto fail_malloc;
- }
- globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, );
- mutex_init(&globalfifo_devp->mutex);
- init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait);
- init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait);
- return ;
- fail_malloc:
- unregister_chrdev_region(devno, );
- return ret;
- }
- static int globalfifo_remove(struct platform_device *pdev) // 完成原来globalmem_exit的任务
- {
- cdev_del(&globalfifo_devp->cdev);
- unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, ), );
- return ;
- }
- static struct platform_driver globalfifo_driver = {
- .driver = {
- .name = "globalfifo",
- .owner = THIS_MODULE,
- },
- .probe = globalfifo_probe,
- .remove = globalfifo_remove,
- };
- module_platform_driver(globalfifo_driver); // !!!注册platform驱动,/sys/bus/platform/drivers/globalmem,多出一个globalmem子目录
// 在板级bsp里(arch/arm/mach-xxx/mach-yyy.c,xxx为SOC名,yyy为board名)增加platform device,
// 系统初始化时添加到系统里,/sys/device/platform/globalmem,多出一个globalmem子目录,该目录中有driver符号链接,
// 指向/sys/bus/platform/drivers/globalmem- static struct platform_device globalfifo_device = {
- .name = "globalfifo",
- .id = -,
- };
12.2.3 platform设备资源和数据
在platform_device结构体中,有resource结构体,表示该device的资源,start和end随flag的变化而表示不同的含义:
flag:
- IORESOURCE_MEM,start和end表示platform device占据的开始开始地址和结束地址
- IORESOURCE_IRQ,start和end表示使用中断号的开始值和结束值,如果只有1个中断号,则开始值和结束值相同
resource在板级支持包或者dts里定义,dts的定义后续说明,板级支持包都淘汰了,不再说明。
- * nesting etc..
- */
- struct resource {
- resource_size_t start;
- resource_size_t end;
- const char *name;
- unsigned long flags;
- struct resource *parent, *sibling, *child;
- };
- /*
- * IO resources have these defined flags.
- */
- #define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */
- #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */
- #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */
- #define IORESOURCE_MEM 0x00000200
- #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */
- #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400
- #define IORESOURCE_DMA 0x00000800
- #define IORESOURCE_BUS 0x00001000
- #define IORESOURCE_PREFETCH 0x00002000 /* No side effects */
- #define IORESOURCE_READONLY 0x00004000
- #define IORESOURCE_CACHEABLE 0x00008000
- #define IORESOURCE_RANGELENGTH 0x00010000
- #define IORESOURCE_SHADOWABLE 0x00020000
- #define IORESOURCE_SIZEALIGN 0x00040000 /* size indicates alignment */
- #define IORESOURCE_STARTALIGN 0x00080000 /* start field is alignment */
- #define IORESOURCE_MEM_64 0x00100000
- #define IORESOURCE_WINDOW 0x00200000 /* forwarded by bridge */
- #define IORESOURCE_MUXED 0x00400000 /* Resource is software muxed */
- #define IORESOURCE_EXCLUSIVE 0x08000000 /* Userland may not map this resource */
- #define IORESOURCE_DISABLED 0x10000000
- #define IORESOURCE_UNSET 0x20000000
- #define IORESOURCE_AUTO 0x40000000
- #define IORESOURCE_BUSY 0x80000000 /* Driver has marked this resource busy */
- /* PnP IRQ specific bits (IORESOURCE_BITS) */
- #define IORESOURCE_IRQ_HIGHEDGE (1<<0)
- #define IORESOURCE_IRQ_LOWEDGE (1<<1)
- #define IORESOURCE_IRQ_HIGHLEVEL (1<<2)
- #define IORESOURCE_IRQ_LOWLEVEL (1<<3)
- #define IORESOURCE_IRQ_SHAREABLE (1<<4)
- #define IORESOURCE_IRQ_OPTIONAL (1<<5)
- /* PnP DMA specific bits (IORESOURCE_BITS) */
- #define IORESOURCE_DMA_TYPE_MASK (3<<0)
- #define IORESOURCE_DMA_8BIT (0<<0)
- #define IORESOURCE_DMA_8AND16BIT (1<<0)
- #define IORESOURCE_DMA_16BIT (2<<0)
- #define IORESOURCE_DMA_MASTER (1<<2)
- #define IORESOURCE_DMA_BYTE (1<<3)
- #define IORESOURCE_DMA_WORD (1<<4)
- #define IORESOURCE_DMA_SPEED_MASK (3<<6)
- #define IORESOURCE_DMA_COMPATIBLE (0<<6)
- #define IORESOURCE_DMA_TYPEA (1<<6)
- #define IORESOURCE_DMA_TYPEB (2<<6)
- #define IORESOURCE_DMA_TYPEF (3<<6)
- /* PnP memory I/O specific bits (IORESOURCE_BITS) */
- #define IORESOURCE_MEM_WRITEABLE (1<<0) /* dup: IORESOURCE_READONLY */
- #define IORESOURCE_MEM_CACHEABLE (1<<1) /* dup: IORESOURCE_CACHEABLE */
- #define IORESOURCE_MEM_RANGELENGTH (1<<2) /* dup: IORESOURCE_RANGELENGTH */
- #define IORESOURCE_MEM_TYPE_MASK (3<<3)
- #define IORESOURCE_MEM_8BIT (0<<3)
- #define IORESOURCE_MEM_16BIT (1<<3)
- #define IORESOURCE_MEM_8AND16BIT (2<<3)
- #define IORESOURCE_MEM_32BIT (3<<3)
- #define IORESOURCE_MEM_SHADOWABLE (1<<5) /* dup: IORESOURCE_SHADOWABLE */
- #define IORESOURCE_MEM_EXPANSIONROM (1<<6)
- /* PnP I/O specific bits (IORESOURCE_BITS) */
- #define IORESOURCE_IO_16BIT_ADDR (1<<0)
- #define IORESOURCE_IO_FIXED (1<<1)
- /* PCI ROM control bits (IORESOURCE_BITS) */
- #define IORESOURCE_ROM_ENABLE (1<<0) /* ROM is enabled, same as PCI_ROM_ADDRESS_ENABLE */
- #define IORESOURCE_ROM_SHADOW (1<<1) /* ROM is copy at C000:0 */
- #define IORESOURCE_ROM_COPY (1<<2) /* ROM is alloc'd copy, resource field overlaid */
- #define IORESOURCE_ROM_BIOS_COPY (1<<3) /* ROM is BIOS copy, resource field overlaid */
- /* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */
- #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */
12.3 设备驱动的分层思想
稍后具体分析1个linux的驱动比较好。
12.4 主机驱动与外设驱动分离的设计思想
核心是定义好外设与主机之间的标准API,两边都使用标准API。具体分析一个驱动,便于理解。
12.5 总结
掌握思想,用这些思想去分析具体驱动,多读读驱动,慢慢就能理解这些思想了。
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