文章目录
- 1.什么是BUS？
- 1.1总线的主要概念
- 1.2总线的操作
- 1.3总线的实现
- 2.创建总线关键结构体解析
- 2.1注册总线到系统
- 2.2 `struct bus_type *bus` 解析
- 3.实验结果分析
- 1. `devices` 目录
- 2. `drivers` 目录
- 3. `drivers_autoprobe` 文件
- 4. `drivers_probe` 文件
- 5. `uevent` 文件
- 4.在总线目录下创建属性文件
1.什么是BUS？
在 Linux 内核中，总线（Bus）是用于描述系统中各类设备之间连接关系的一个抽象概念。总线不仅仅指物理上的数据传输路径，也可以是逻辑上的连接结构。Linux 内核通过总线来组织和管理系统中的设备，并提供统一的接口和框架，以便设备驱动程序可以与硬件进行交互。
1.1总线的主要概念
- 总线类型（Bus Type）:
- 总线类型表示一种特定的总线协议或标准，比如 PCI、I2C、USB、SPI 等。每种总线类型都由内核中的一个
struct bus_type结构体表示，它定义了该总线类型的操作和行为，如设备注册、探测等。
- 总线类型表示一种特定的总线协议或标准，比如 PCI、I2C、USB、SPI 等。每种总线类型都由内核中的一个
- 设备（Device）:
- 设备是连接在总线上的硬件组件，通常表示一个物理设备。Linux 使用
struct device来表示系统中的每一个设备，该结构体包含了设备的各种信息，比如设备名称、状态、父设备等。
- 设备是连接在总线上的硬件组件，通常表示一个物理设备。Linux 使用
- 驱动程序（Driver）:
- 驱动程序是用于控制设备的代码，通常是与某一特定总线上的设备相对应的。Linux 使用
struct device_driver表示一个驱动程序，它包括了驱动程序与设备交互的各种函数指针，如探测函数（probe）、移除函数（remove）等。
- 驱动程序是用于控制设备的代码，通常是与某一特定总线上的设备相对应的。Linux 使用
- 设备树（Device Tree）:
- 设备树是描述硬件布局的一个数据结构，通常用于嵌入式系统中。设备树文件通过描述硬件资源和连接关系，帮助内核在启动时正确地识别和初始化硬件设备。
1.2总线的操作
- 设备注册与匹配: 当一个设备连接到系统时，它会被注册到与之对应的总线类型中。然后，内核会通过设备与驱动程序之间的匹配机制，将设备与相应的驱动程序关联起来。匹配过程基于设备 ID、兼容性字符串或其他总线特定的信息。
- 探测与初始化: 一旦设备与驱动程序匹配成功，总线的探测函数会被调用，驱动程序将尝试初始化设备。如果探测成功，设备就可以被操作了。
- 电源管理: 总线通常还负责设备的电源管理，比如设备的挂起和恢复操作。
1.3总线的实现
在 Linux 内核中，每种总线类型通常都有一个独立的子系统。这个子系统负责实现该总线类型的特定操作，如设备的探测、注册、驱动程序的加载和卸载等。
示例代码：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kobject.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/device.h>
/*
struct bus_type {const char *name;const char *dev_name;struct device *dev_root;const struct attribute_group **bus_groups;const struct attribute_group **dev_groups;const struct attribute_group **drv_groups;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 (*online)(struct device *dev);int (*offline)(struct device *dev);int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume)(struct device *dev);int (*num_vf)(struct device *dev);const struct dev_pm_ops *pm;const struct iommu_ops *iommu_ops;struct subsys_private *p;struct lock_class_key lock_key;
};*/
//进行名称匹配
static int my_bus_match (struct device *dev, struct device_driver *drv){printk("match success\n");return (strcmp(dev_name(dev),drv->name)==0);
}
static int my_bus_probe(struct device *dev){printk("new device probe success\n");struct device_driver *drv = dev->driver; if(drv->probe){drv->probe(dev);}return 0;
}//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {.name = "my_bus",.match = my_bus_match,.probe = my_bus_probe,
};static int __init my_bus_init(void)
{int ret = bus_register(&my_bus_type);printk("bus_register success!\n");return ret;
}static void __exit my_bus_exit(void)
{bus_unregister(&my_bus_type);
}
module_init(my_bus_init);
module_exit(my_bus_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");
2.创建总线关键结构体解析
2.1注册总线到系统
使用bus_registerAPI 来完成注册
函数原型：
extern int __must_check bus_register(struct bus_type *bus);
传入的参数为:struct bus_type *bus
2.2 struct bus_type *bus 解析
结构体构成：
struct bus_type {const char *name;const char *dev_name;struct device *dev_root;const struct attribute_group **bus_groups;const struct attribute_group **dev_groups;const struct attribute_group **drv_groups;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 (*online)(struct device *dev);int (*offline)(struct device *dev);int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume)(struct device *dev);int (*num_vf)(struct device *dev);const struct dev_pm_ops *pm;const struct iommu_ops *iommu_ops;struct subsys_private *p;struct lock_class_key lock_key;
};
初学驱动，只需关注几个关键参数:
- name：总线名称
- match：匹配函数
- probe：探测函数
- remove：移除函数
我们只需实现对应的函数即可
1. my_bus_match 函数
static int my_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) {printk("match success\n");return (strcmp(dev_name(dev), drv->name) == 0);
}
- 函数功能:
my_bus_match函数用于判断一个设备（dev）和一个驱动程序（drv）是否匹配。如果匹配成功，则返回非零值；否则返回零。 - 参数:
struct device *dev: 指向设备对象的指针，表示当前总线上的某个设备。struct device_driver *drv: 指向驱动程序对象的指针，表示当前总线上的某个驱动程序。
- 工作流程:
dev_name(dev): 这是一个内核函数，用于获取设备的名称，实际上是设备的dev_name字段。drv->name: 这是驱动程序结构体中的name字段，通常由驱动程序的开发者在定义驱动程序时指定。strcmp(dev_name(dev), drv->name) == 0: 使用strcmp函数对设备名称和驱动程序名称进行比较。如果两者相等，strcmp返回 0，表示匹配成功。- 如果设备名称与驱动程序名称匹配，
my_bus_match返回 1，否则返回 0。
printk("match success\n");:- 这是一个内核中的打印函数，用于输出调试信息到内核日志中。当函数执行时，这条消息会被打印出来，表明匹配操作正在进行。
2. my_bus_probe 函数
static int my_bus_probe(struct device *dev) {printk("new device probe success\n");struct device_driver *drv = dev->driver;if (drv->probe) {drv->probe(dev);}return 0;
}
- 函数功能:
my_bus_probe函数在设备与驱动程序匹配成功后被调用，负责对设备进行初始化。 - 参数:
struct device *dev: 指向设备对象的指针，表示当前要被初始化的设备。
- 工作流程:
struct device_driver *drv = dev->driver;: 通过设备对象的driver字段，获取与该设备关联的驱动程序对象。if (drv->probe): 检查驱动程序对象中是否定义了probe函数。probe函数通常由驱动程序开发者实现，用于初始化设备的硬件资源。drv->probe(dev);: 如果probe函数存在，则调用它，并将当前设备对象传递给它。通过这个步骤，驱动程序可以对设备进行实际的硬件初始化操作。
- 返回值: 该函数总是返回 0，表示探测操作成功。
3.实验结果分析
当加载注册总线模块到系统之后
可以看出在 /sys/bus下出现了注册的新总线名称为 my_bus
进入my_bus 目录，可以看到自动生成的目录和文件
devices 目录: 列出所有连接到该总线的设备。
drivers 目录: 列出所有注册到该总线的驱动程序。
drivers_autoprobe 文件: 控制自动探测新设备。
drivers_probe 文件: 手动触发设备探测过程。
uevent 文件: 生成和管理发送到用户空间的事件通知。
以下是这些文件和目录的详细分析：
1. devices 目录
-
作用:
- 该目录包含当前已注册在此总线上的所有设备的符号链接。每个符号链接指向
/sys/devices/中相应设备的目录。 - 这些链接使得用户可以通过
/sys/bus/<bus_name>/devices/轻松访问挂载在该总线上的所有设备。
- 该目录包含当前已注册在此总线上的所有设备的符号链接。每个符号链接指向
-
结构:
- 对于每个连接到该总线的设备，该目录中会生成一个符号链接，如
<device_name>，指向/sys/devices/下的实际设备目录。
- 对于每个连接到该总线的设备，该目录中会生成一个符号链接，如
2. drivers 目录
-
作用:
- 该目录包含所有注册到此总线类型的驱动程序的符号链接。每个符号链接指向
/sys/bus/<bus_name>/drivers/中相应驱动程序的目录。 - 驱动程序通过这些链接来管理它们控制的设备。
- 该目录包含所有注册到此总线类型的驱动程序的符号链接。每个符号链接指向
-
结构:
- 该目录下的每个子目录或符号链接通常以驱动程序名称命名，代表一个特定的驱动程序。
- 驱动程序目录内可能包含控制和状态文件，例如
bind、unbind，用于手动绑定和解绑设备。
3. drivers_autoprobe 文件
-
作用:
- 这是一个与自动探测（autoprobe）相关的开关。它决定了是否自动探测并绑定新连接到总线的设备。
- 当内核检测到新设备时，如果
drivers_autoprobe处于启用状态（通常为 1），则会自动调用驱动程序的probe函数对设备进行初始化。
-
操作:
- 可以通过
echo 1 > drivers_autoprobe启用自动探测。 - 可以通过
echo 0 > drivers_autoprobe禁用自动探测。
- 可以通过
4. drivers_probe 文件
-
作用:
- 这是一个手动触发设备探测（probe）过程的接口。写入该文件可以手动触发驱动程序对未被探测的设备进行探测。
-
操作:
- 通过向该文件写入设备的名称，系统将尝试为该设备触发驱动程序的
probe函数。 - 例如，
echo "<device_name>" > drivers_probe将手动触发对名为<device_name>的设备的探测。
- 通过向该文件写入设备的名称，系统将尝试为该设备触发驱动程序的
5. uevent 文件
-
作用:
uevent文件用于向用户空间发送与该总线相关的uevent，它们通常用于通知udev或其他用户空间工具进行设备的自动配置。- 这些事件包括设备的添加、移除、绑定、解绑等操作。
-
操作:
- 可以手动向该文件写入特定事件，触发用户空间的响应。
- 常见用法：写入特定字符串以生成自定义
uevent，例如echo "add" > uevent，会通知用户空间设备已添加。
4.在总线目录下创建属性文件
与kobject 创建属性文件操作基本一致：传送门—Linux驱动开发—设备模型框架 kobject创建属性文件-CSDN博客
在 Linux 内核中，通过 kobject 和 bus 创建属性文件的方式非常相似。这是因为这两者都基于 sysfs 接口，而 sysfs 是通过 kobject 来管理文件和目录的。
基础结构:
- 无论是
kobject还是bus，属性文件的创建最终都是通过内核提供的sysfs文件系统实现的。sysfs是一个内核对象模型（Kobject-based）文件系统，用于暴露内核中的信息和配置接口给用户空间。
属性文件的定义:
- 无论使用
kobject还是bus，属性文件的定义方式类似，都是通过定义show和store函数，然后通过相应的宏（如__ATTR、BUS_ATTR）将它们绑定到属性文件上。
创建和移除属性:
sysfs中的属性文件创建和移除过程本质上都涉及对kobject及其相关数据结构的操作。在bus中创建属性文件时，其实是通过底层的kobject机制来完成的。
示例代码：
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kobject.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/device.h>
//进行名称匹配
static int my_bus_match (struct device *dev, struct device_driver *drv){printk("match success\n");return (strcmp(dev_name(dev),drv->name)==0);
}
static int my_bus_probe(struct device *dev){printk("new device probe success\n");struct device_driver *drv = dev->driver; if(drv->probe){drv->probe(dev);}return 0;
}//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {.name = "my_bus",.match = my_bus_match,.probe = my_bus_probe,
};// 在总线目录下创建属性文件 与 kobject 创建属性文件 类似
static ssize_t my_bus_show(struct bus_type *bus, char *buf) {return sprintf(buf, "Hello from the bus attribute!\n");
}static ssize_t my_bus_store(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count) {pr_info("Received from userspace: %s\n", buf);return count;
}
static BUS_ATTR(my_bus_attr, 0664, my_bus_show, my_bus_store);
static int __init my_bus_init(void)
{int ret;// 注册总线ret = bus_register(&my_bus_type);if (ret)return ret;// 添加属性文件到总线ret = bus_create_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);if (ret)bus_unregister(&my_bus_type);return ret;
}static void __exit my_bus_exit(void)
{// 移除属性文件bus_remove_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);bus_unregister(&my_bus_type);
}
module_init(my_bus_init);
module_exit(my_bus_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");
结果如下：
