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一、驱动框架的含义

1、理解层面1：驱动的分层设计

设备驱动程序，是由内核驱动部分的维护者，以及驱动开发工程师协作完成的。

内核驱动部分的维护者，往往为同类的设备（比如LED、LCD、蜂鸣器等等）设计了一个成熟的、标准的、典型的框架。他们将同类设备的驱动中通用的一些功能抽离出来，作为驱动框架中的核心层，然后设计好核心层与具体操作层的接口，让驱动开发者来实现具体操作层。

核心层与具体操作层的接口，其设计原则是标准化，尽量降低驱动开发者的编程难度。

设备驱动框架，简而言之就是驱动的分层设计。

2、理解层面2：系统资源的管控

内核维护者设计了一些系统资源管控体系，这些体系能够协调各个驱动的资源分配，保证内核的稳定。比如系统中所有的GPIO就属于系统资源，某个驱动模块如果需要使用某个GPIO，就需要调用特殊的接口进行申请，申请到之后再使用，使用完之后要释放。

这也是设备驱动框架的组成部分。

二、LED驱动框架概述

下面以内核中LED驱动框架为例，说明设备驱动框架的相关内容。 

1、相关文件

内核源码drivers/leds目录，是驱动框架规定的LED这种硬件的驱动应该待的地方。

2、LED驱动框架的核心层

drivers/leds目录中的led-class.c和led-core.c，其属于LED驱动框架的核心层。

它们由内核驱动部分维护者提供，描述的是所有厂家的不同LED硬件的相同部分的逻辑。

3、LED驱动框架的具体操作层

drivers/leds目录中的leds-xxxx.c文件，其属于LED驱动框架的具体操作层。

它们由不同厂商的驱动工程师编写。驱动工程师根据硬件的具体情况来对LED进行操作，使用LED驱动框架核心层提供的接口来与驱动框架进行交互，最终实现驱动的功能。

4、分析具体案例

分析驱动框架的关键，在于分析内核开发者提供了什么，驱动开发者需要完成什么。

以文件drivers/leds/leds-s3c24xx.c为例，这个文件是LED驱动框架的具体操作层。

drivers/leds目录中的led-class.c和led-core.c，这几个文件是LED驱动框架的核心层。

leds-s3c24xx.c文件调用drivers/leds/led-class.c文件的led_classdev_register()函数来完成LED驱动的注册。即驱动工程师通过调用驱动框架中提供的接口来实现自己的驱动。

注意：九鼎没有使用内核推荐的led驱动框架，它写的驱动是drivers/char/led/x210-led.c。

5、典型的驱动开发行业现状

内核驱动部分维护者，对驱动框架进行开发和维护、升级，对应着led-class.c和led-core.c。

SoC厂商（比如三星、华为等芯片厂商）的驱动工程师编写与测试设备驱动源码，提供参考版本，对应着leds-s3c24xx.c。

做产品的厂商（比如九鼎）的驱动工程师以SoC厂商提供的驱动源码leds-s3c24xx.c为基础，来做移植和调试。

三、LED驱动框架的初步分析

1、概述

以drivers/leds/leds-s3c24xx.c为例。

LED驱动框架的具体操作层指的是leds-s3c24xx.c文件。

LED驱动框架的核心层包括 led-class.c 文件、leds.h文件、led-core.c文件。

具体操作层leds-s3c24xx.c文件由于应用了驱动模型平台总线的概念，我们以后再分析。

这里先分析核心层的led-class.c文件。

2、led-class.c文件的具体分析

led-class.c文件的内容如下：

//省略部分代码static int __init leds_init(void)
{   //创建了类名，叫/sys/class/leds           leds_class = class_create(THIS_MODULE, "leds");if (IS_ERR(leds_class))return PTR_ERR(leds_class);leds_class->suspend = led_suspend;// 关联 LED设备休眠函数leds_class->resume = led_resume;// 关联 LED设备唤醒函数// 创建设备属性文件 brightness、max_brightness、triggerleds_class->dev_attrs = led_class_attrs;return 0;
}static void __exit leds_exit(void)
{class_destroy(leds_class);//销毁了类名leds
}subsys_initcall(leds_init); //led-class.c是一个内核模块，体现为有安装与卸载函数
module_exit(leds_exit);     //所以对该文件的分析，应该从下往上阅读MODULE_AUTHOR("John Lenz, Richard Purdie");
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("LED Class Interface");

1、led-class.c将被编译成一个内核模块

由代码可以看出，led-class.c有安装与卸载函数，因此它是一个内核模块。LED驱动框架可以根据需要被安装与卸载。我们应该遵照分析模块的方法，从下往上分析。

2、类名“leds”的创建与销毁

led_init()在/sys/class目录下创建“leds”这个类名；led_exit()销毁“leds”这个类名。

3、subsys_initcall(leds_init)的分析

（1）subsys_initcall是一个宏，定义在linux/init.h中。

其功能是将其声明的函数放到一个特定的段：.initcall4.init。

#define subsys_initcall(fn)		       __define_initcall("4",fn,4)#define __define_initcall(level,fn,id) \static initcall_t __initcall_##fn##id __used \__attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

（2）分析module_init宏，可以看出它将函数放到了.initcall6.init段中。

#define module_init(x)	__initcall(x);
#define __initcall(fn) device_initcall(fn)
#define device_initcall(fn)		__define_initcall("6",fn,6)

也就是说，subsys_initcall和module_init的作用是一样的，只不过前者所声明的函数要比后者在内核启动时的执行顺序更早。

（3）内核实现先后顺序执行初始化操作的方法

将内核启动时要调用的所有函数归类，分类名就叫做“.initcalln.init”，n的值从1到8。内核开发者在编写内核代码时，将函数设置合适的级别，链接的时候，这些函数就会被放入特定的段中，内核启动时再按照（内核链接脚本中指定的）段顺序去依次执行各个段。

内核链接脚本（编译之后才有）在arch/arm/kernel/vmlinux.lds中。

4、led_class_attrs

（1）什么是attribute？

对应于将来/sys/class/leds/ 目录里的内容，这些内容一般是文件和文件夹。这些属性文件其实就是sysfs开放给应用层的一些操作接口，应用程序可以通过操作这些属性文件来操作硬件设备。（这些属性文件非常类似于/dev/目录下的设备文件，对/dev/目录下的设备文件的操作有关的API，对应着file_operations里面的函数。）

（2）attribute有什么用？

应用程序可以通过操作/sys/class/leds/目录下面的属性文件来操作硬件设备。它其实是另一条驱动实现路线（不再有cdev相关的函数操作），有区别于之前的file_operations那条线。

（3）class_create()的返回值类型是struct class类型。

该类型定义在/include/linux/device.h文件中：

struct class {const char		*name;      // 类的名称struct module		*owner; //类所属的模块，比如usb模块、led模块等struct class_attribute		*class_attrs;//类所添加的属性struct device_attribute		*dev_attrs;//类所包含的设备所添加的属性struct kobject	*dev_kobj;// 用于标识 类所包含的设备属于块设备还是字符设备// 用于在设备发出 uevent 消息时添加环境变量int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode);// 设备节点的相对路径名void (*class_release)(struct class *class);// 类被释放时调用的函数void (*dev_release)(struct device *dev);// 设备被释放时调用的函数//设备休眠时调用的函数int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume)(struct device *dev);// 设备被唤醒时调用的函数const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;const void *(*namespace)(struct device *dev); const struct dev_pm_ops *pm; // 用于电源管理的函数struct class_private *p;// 指向 class_private 结构的指针
};

其中，结构体struct device_attribute定义在/include/linux/device.h文件中：

/* interface for exporting device attributes */
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);
};

因此led_class_attrs[ ]这个结构体数组的初始化如下：

//位于x210_kernel/drivers/leds/led-class.c文件中
static struct device_attribute led_class_attrs[] = {//文件             //对文件操作时实际对应的操作函数1  //操作函数2__ATTR(brightness, 0644, led_brightness_show, led_brightness_store),       __ATTR(max_brightness, 0444, led_max_brightness_show, NULL),
#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS__ATTR(trigger, 0644, led_trigger_show, led_trigger_store),
#endif__ATTR_NULL,
};//位于x210_kernel/include/linux/sysfs.h文件中
#define __ATTR(_name,_mode,_show,_store) { \.attr = {.name = __stringify(_name), .mode = _mode },	\.show	= _show,					\.store	= _store,					\
}//位于x210_kernel/drivers/leds/led-class.c文件中
static ssize_t led_brightness_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr, char *buf)
{struct led_classdev *led_cdev = dev_get_drvdata(dev);/* no lock needed for this */led_update_brightness(led_cdev);return sprintf(buf, "%u\n", led_cdev->brightness);
}static ssize_t led_brightness_store(struct device *dev,struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t size)
{struct led_classdev *led_cdev = dev_get_drvdata(dev);ssize_t ret = -EINVAL;char *after;unsigned long state = simple_strtoul(buf, &after, 10);size_t count = after - buf;if (isspace(*after))count++;if (count == size) {ret = count;if (state == LED_OFF)led_trigger_remove(led_cdev);led_set_brightness(led_cdev, state);}return ret;
}

5、设备注册函数:led_classdev_register()

（1）函数内容与作用

该函数的内容如下，它用于创建属于“leds”这个类的一个设备，其实就是去注册一个设备。

/*** led_classdev_register - register a new object of led_classdev class.* @parent: The device to register.* @led_cdev: the led_classdev structure for this device.*/
int led_classdev_register(struct device *parent, struct led_classdev *led_cdev)
{led_cdev->dev = device_create(leds_class, parent, 0, led_cdev,"%s", led_cdev->name);if (IS_ERR(led_cdev->dev))return PTR_ERR(led_cdev->dev);
#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERSinit_rwsem(&led_cdev->trigger_lock);
#endif/* add to the list of leds */down_write(&leds_list_lock);list_add_tail(&led_cdev->node, &leds_list);up_write(&leds_list_lock);if (!led_cdev->max_brightness)led_cdev->max_brightness = LED_FULL;led_update_brightness(led_cdev);
#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERSled_trigger_set_default(led_cdev);
#endifprintk(KERN_DEBUG "Registered led device: %s\n",led_cdev->name);return 0;
}

（2）struct led_classdev结构体

“leds”类别的设备，用结构体struct led_classdev表征，其定义在include/linux/leds.h中：

struct led_classdev {const char		*name;int			 brightness;int			 max_brightness;int			 flags;/* Lower 16 bits reflect status */
#define LED_SUSPENDED		(1 << 0)/* Upper 16 bits reflect control information */
#define LED_CORE_SUSPENDRESUME	(1 << 16)/* Set LED brightness level *//* Must not sleep, use a workqueue if needed */void		(*brightness_set)(struct led_classdev *led_cdev,enum led_brightness brightness);/* Get LED brightness level */enum led_brightness (*brightness_get)(struct led_classdev *led_cdev);/* Activate hardware accelerated blink, delays are in* miliseconds and if none is provided then a sensible default* should be chosen. The call can adjust the timings if it can't* match the values specified exactly. */int		(*blink_set)(struct led_classdev *led_cdev,unsigned long *delay_on,unsigned long *delay_off);struct device		*dev;  //注意这里的设备struct list_head	 node;			/* LED Device list */const char		*default_trigger;	/* Trigger to use */#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS/* Protects the trigger data below */struct rw_semaphore	 trigger_lock;struct led_trigger	*trigger;struct list_head	 trig_list;void			*trigger_data;
#endif
};

其中的struct device结构体定义在/include/linux/device.h文件中：

struct device {struct device		*parent; struct device_private	*p; struct kobject kobj;const char		*init_name; /* initial name of the device */struct device_type	*type;struct mutex		mutex;	/* mutex to synchronize calls to* its driver.*/struct bus_type	*bus;		/* type of bus device is on */struct device_driver *driver;	/* which driver has allocated thisdevice */void		*platform_data;	/* Platform specific data, devicecore doesn't touch it */struct dev_pm_info	power;#ifdef CONFIG_NUMAint		numa_node;	/* NUMA node this device is close to */
#endifu64		*dma_mask;	/* dma mask (if dma'able device) */u64		coherent_dma_mask;/* Like dma_mask, but foralloc_coherent mappings asnot all hardware supports64 bit addresses for consistentallocations such descriptors. */struct device_dma_parameters *dma_parms;struct list_head	dma_pools;	/* dma pools (if dma'ble) */struct dma_coherent_mem	*dma_mem; /* internal for coherent memoverride *//* arch specific additions */struct dev_archdata	archdata;
#ifdef CONFIG_OFstruct device_node	*of_node;
#endifdev_t			devt;	/* dev_t, creates the sysfs "dev" */spinlock_t		devres_lock;struct list_head	devres_head;struct klist_node	knode_class;struct class		*class;const struct attribute_group **groups;	/* optional groups */void	(*release)(struct device *dev);
};

（2）补充说明

该函数是LED驱动框架中，内核开发者提供给驱动开发者的一个注册设备的接口。

当使用LED驱动框架编写驱动时，这函数的作用类似于之前使用file_operations方式去注册字符设备驱动的register_chrdev函数。