嵌入式驱动学习第一周——linux设备管理模型

前言

现在来聊点原理性的东西——linux设备管理模型

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行文目录

前言
1. LDM数据结构
- 1.1 总线、设备、驱动关系
- - 1.1.1 类
  - 1.1.2 设备
  - 1.1.3 驱动
2. kobject sysfs
- 2.1 kobjects
- 2.2 ktype
- 2.3 kset
参考资料

1. LDM数据结构

linux 设备模型LDM的上层依赖于总线、设备驱动程序、设备和类。

1.1 总线、设备、驱动关系

在LINUX驱动的世界里，所有的设备和驱动都是挂在总线上的，也就是总线来管理设备和驱动的，总线知道挂在它上边的所有驱动和设备的情况，由总线完成驱动和设备的匹配和探测。

总线上挂着驱动和设备，一个驱动可以管理多个设备，一个设备保存一个对应驱动的信息，一般在初始化的时候，总线先初始化，然后设备先注册，最后驱动去找设备，完成他们之间的衔接。

系统已经给我们准备好了我们所学要的总线。对于我们来说，就是去学好怎么在系统中添加设备以及相关的驱动就行了。

1.1.1 类

相关结构体：struct class 和 struct class_device

类发明来就是来管理设备的，是对设备的高级抽象，本质也是一个结构体，但是按照类的思想来组织成员的。运用class，可以让用户空间的程序根据自己要处理的事情来调用设备，而不是根据设备被接入到系统的方式或设备的工作原来调用。

一个struct class结构体类型变量对应一个类，内核提供了class_create() 函数，可以用它来创建一个类，这个类存放于 sysfs 下面，一旦创建了类，再调用 device_create() 函数在 /dev 目录下创建相应的设备节点。

1.1.2 设备

驱动中常写的struct device是硬件设备在内核驱动框架中的抽象
使用device_register函数向内核驱动框架注册一个设备，也可使用device_create来创建，device_create函数是对device_register的封装。
通常device不会单独使用，而是被包含在一个具体的设备结构体中

使用案例如下所示：

struct gpioled_dev {dev_t devid;struct cdev cdev;struct class *class;			// 定义一个classstruct device *device;			// 定义一个deviceint major;int minor;struct device_node *nd;int led_gpio;
};static int __init led_init(void)
{......newchrled.class = class_create(THIS_MODULE, NEWCHRLED_NAME);		// 先创建classif (IS_ERR(newchrled.class)) {return PTR_ERR(newchrled.class);}newchrled.device = device_create(newchrled.class, NULL, newchrled.devid, NULL, NEWCHRLED_NAME);		// 再用class创建deviceif (IS_ERR(newchrled.device)) {return PTR_ERR(newchrled.device);}......
}static void __exit led_exit(void)
{......device_destroy(newchrled.class, newchrled.devid);		// 先释放deviceclass_destroy(newchrled.class);							// 再释放class
}

1.1.3 驱动

struct device_driver是驱动程序在内核驱动框架中的抽象
关键元素1：name，驱动程序的名字，很重要，经常被用来作为驱动和设备的匹配依据
关键元素2：probe，驱动程序的探测函数，用来检测一个设备是否可以被该驱动所管理

使用方式：

/** @description: 驱动程序的探测函数，检测设备是否被该驱动所管理，当驱动与设备匹配后此函数会执行* @param-dev  : platform设备* @return     : 0，成功；其他负值，失败*/
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{int i = 0;int ressize[5];u32 val = 0;struct resource *ledsource[5];printk("led driver and device has matched!\r\n");for (i = 0; i < 5; i++) {ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i);if (!ledsource[i]) {dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");return -ENXIO;}ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);}IMX6U_CCM_CCGR1  = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);SW_MUX_GPIO1_IO3 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);SW_PAD_GPIO1_IO3 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);GPIO1_DR         = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);GPIO1_GDIR       = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26);val |= (3 << 26);writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO3);writel(0x10b0, SW_PAD_GPIO1_IO3);val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3);val |= (1 << 3);writel(val, GPIO1_GDIR);val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);if (leddev.major) {leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);} else {alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);leddev.major = MAJOR(leddev.devid);leddev.minor = MINOR(leddev.devid);}leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.class)){return PTR_ERR(leddev.class);}leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.device)) {return PTR_ERR(leddev.device);}return 0;
}/** @description: remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行* @param-dev  : platfrom 设备* @return     : 0，成功；其他负值，失败*/
static int led_remove(struct platform_device *dev)
{iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO3);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO3);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);cdev_del(&leddev.cdev);unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT);device_destroy(leddev.class, leddev.devid);class_destroy(leddev.class);return 0;
}static struct platform_driver led_driver = {.driver = {.name  = "imx6ul-led2",},.probe  = led_probe,.remove = led_remove
};

2. kobject sysfs

2.1 kobjects

设备模型的核心部分是kobjects，类似于java中object对象类，提供了诸如计数、名称、父指针等字段，可以创建对象的层次结构。其定义如下：

struct kobject {char			* k_name;				// 指向kobject名称，如果名称长度小于KOBJ_NAME_LEN，则存入name数组中，如果超过，则动态分配一个缓冲区存放，KOBJ_NAME_LEN是20个字节char			name[KOBJ_NAME_LEN];struct kref		kref;					// 实现kobject的引用计数struct list_head	entry;struct kobject		* parent;			// 父对象，在内核中构造一个对象层次结构，并可以将多个对象间的关系表现出来struct kset		* kset;struct kobj_type	* ktype;struct dentry		* dentry;			// 指向dentry结构体，在sysfs中该结构体就表示这个kobject
};

kobject通常是嵌入到其他结构体中的，其单独意义其实并不大。当kobject被嵌入到其他结构体中时，该结构体便拥有了kobject提供的标准功能。

2.2 ktype

ktype是为了描述一族kobject所具有的普遍特性。因此，不在需要每个kobject都分别定义自己的特性，而是将这些特性在ktype结构体中一次定义，然后所有“同类”的kobject都能共享一样的特性。

struct kobj_type {void (*release)(struct kobject *);struct sysfs_ops	* sysfs_ops;struct attribute	** default_attrs;
};

release指针指向在kobject引用计数减为零时要被调用的析构函数。该函数负责释放所有的kobject使用的内存和其他相关清理工作。

sysfs_ops变量指向sysfs_ops结构体。该结构体表述了sysfs文件读写是的特性。

default_attrs指向一个attribute结构体数组。这些结构体定义了该kobject相关的默认属性。属性描述了给定对象的特征，如果该kobject被导出到sysfs中，那么这些属性都将相应地作为文件而导出。数组中的最后一项必须为NULL。

2.3 kset

kset是kobject对象的集合体。把它看成是一个容器，可将所有相关的kobject对象，比如“全部的块设备”置于一个位置。kset把kobject集中到一个集合中。

struct kset {struct subsystem	* subsys;struct kobj_type	* ktype;struct list_head	list;struct kobject		kobj;struct kset_hotplug_ops	* hotplug_ops;
};

其中ktype指向kset集合中kobject对象的类型。
list连接该集合中所有的kobject对象。
kobj指向的kobject对象代表了该集合的基类。
hotplug_ops指向一个用于处理集合中kobject对象的热插拔操作的结构体。
subsys指针指向该结构体相关的struct subsystem结构体。