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        總線設備驅動模型總結

        作者:龔平   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年03月14日   【字體:

        我的環境:
        主機開發環境:Fedora14
        開發板:         TQ2440
        編譯器: arm-linux-gcc-4.3.2


        總線設備驅動模型其實現主要是基于Kobject和sysfs等機制,對于驅動模型程序開發主要是理解三個元素:總線、設備、驅動的關系。三者之間因為一定的聯系性實現對設備的控制。

        首先是總線,總線是三者聯系起來的基礎,通過一種總線類型,將設備和驅動聯系起來?偩類型中的match函數用來匹配設備和驅動。當匹配操作晚餐之后就會控制驅動程序中的probe函數。

        總線設備驅動模型的設計主要包括三個元素的注冊,將三個元素加載到內核中,然后通過內核的內部機制將三者聯系起來。


        首先,總線類型的注冊,包括屬性文件的添加,總線也是一種設備,也需要將總線設備注冊。

        其次,完成設備的注冊和添加以及對設備添加設備屬性文件,同時填充最基本的函數操作。

        最后,完成驅動的注冊和天極以及對設備驅動添加屬性文件,同時填充最基本的函數操作。


        1、總線


        總線類型是通過結構體bus_type表示的。其源碼如下所示:

            struct bus_type {

                /*總線名*/

                const char        *name;

                /*總線、設備、驅動屬性*/

                struct bus_attribute    *bus_attrs;

                struct device_attribute    *dev_attrs;

                struct driver_attribute    *drv_attrs;

                /*總線支持的函數操作*/

                /*匹配函數,主要用來識別相應的設備和驅動,是兩者直接形成關聯

                  用來判斷指定的驅動程序能否處理指定的設備

                */

                int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);

                /*在進行熱插拔事件之前,為設備配置環境變量操作函數*/

                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 dev_pm_ops *pm;

              

                struct bus_type_private *p;

            };

        其中的int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv)是必須實現的函數,因為這個函數主要是實現設備和驅動之間的匹配管理。其中匹配的具體邏輯關系需要驅動設計著設定。


        int (*uevent)(struct device *dev, char **envp, int num_envp,char *buffer, int buffer_size)則在熱插拔事件之前,允許總線為設備添加環境變量。


        通常創建一種總線類型的過程中只要完成總線類型結構體的填充,然后完成相應的注冊、屬性文件創建即可實現總線類型的添加。并不需要對bus_type類型中的所有變量進行賦值,只要將其中的name,bus_attribute,match實現即可。


        最后不要忘了總線也是設備,需要將總線設備添加到內核中(注冊函數)。

        關于總線類型的屬性設置,實質上就是完成一個結構體的操作。

        如下源碼所示:

            struct bus_attribute {

                /*屬性結構體*/

                struct attribute    attr;

                /*屬性讀操作函數,即顯示函數*/

                ssize_t (*show)(struct bus_type *bus, char *buf);

                /*屬性寫操作函數,也就是存儲到結構體中*/

                ssize_t (*store)(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);

            };

         /*可以通過宏命令定義一個總線結構體,但是需要自己實現屬性讀寫操作函數,如果沒有,可設置為NULL*/

         /*總線屬性定義宏*/

         #define BUS_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \

            struct bus_attribute bus_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

         

         /*__ATTR的宏實現如下所示:*/

         #define __ATTR(_name,_mode,_show,_store) { \

        .attr = {.name = __stringify(_name), .mode = _mode }, \

        .show = _show, \

        .store = _store, \

         }

        由于通常情況下需要查找總線的版本信息,可以將版本信息添加到屬性的讀屬性操作函數中,這樣就能顯示具體的版本信息。

        在宏定義中##是指鏈接符的作用,相當于將兩個部分鏈接起來,比如bus_attr_##name = bus_attr_name。這是在宏定義中比較常用的定義方式之一。


        總線類型的注冊和總線類型屬性文件創建,以及總線設備的注冊主要是依據下面幾個函數來實現:

            /*總線類型注冊函數,由于可能會出錯,因此必須對返回值進行檢查*/

            int __must_check bus_register(struct bus_type *bus);

            /*總線類型釋放函數*/

            void bus_unregister(struct bus_type *bus);

          /*總線文件屬性創建函數,將相關的文件屬性添加給總線類型,同時也必須檢查返回值是否正確*/

            int __must_check bus_create_file(struct bus_type *,struct bus_attribute *);

            /*總線類型文件屬性刪除函數,將兩者之間的關聯性切斷*/

            void bus_remove_file(struct bus_type *, struct bus_attribute *);

        最后需要將總線設備添加到系統中,主要采用設備注冊函數;

        設備注冊函數:

        int __must_check device_register(struct device *dev);

        設備釋放函數:

        void device_unregister(struct device *dev);

        2、設備

         

        設備的實現主要是依靠struct device函數實現的,設備的實現主要是對結構體的填充。實現相應的函數即可。

            struct device {

                /*父設備,通常就是總線設備,這也是為什么需要將總線作為設備添加的原因*/

                struct device        *parent;

                struct device_private    *p;

                struct kobject kobj;

                /*init_name是新添加的,替代了原來的bus_id,但是init_name不能直接被讀寫操作*/

                const char        *init_name; /* initial name of the device */

                struct device_type    *type;

                struct semaphore    sem;    /* semaphore to synchronize calls to

                                 * its driver.

                                 */

                /*總線類型,主要是關聯總線類型,這是前面添加的總線類型,通過相同的總線類型關聯設備和驅動*/

                struct bus_type    *bus;        /* type of bus device is on */

                struct device_driver *driver;    /* which driver has allocated this device */

                void        *driver_data;    /* data private to the driver */

                void        *platform_data;    /* Platform specific data, device

                                 core doesn't touch it */

                struct dev_pm_info    power;

            #ifdef CONFIG_NUMA

                int        numa_node;    /* NUMA node this device is close to */

            #endif

                u64        *dma_mask;    /* dma mask (if dma'able device) */

                u64        coherent_dma_mask; /* Like dma_mask, but for

                                 alloc_coherent mappings as

                                 not all hardware supports

                                 64 bit addresses for consistent

                                 allocations 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 mem

                                 override */

                /* arch specific additions */

                struct dev_archdata    archdata;

                dev_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;

                struct attribute_group    **groups;    /* optional groups */

               

                /*必須實現的release函數*/

                void    (*release)(struct device *dev);

            };

            /*由于init_name 不能直接讀寫,只能通過*dev_name來讀寫設備名*/

            static inline const char *dev_name(const struct device *dev)

            {

                return kobject_name(&dev->kobj);

            }

            /*實現對設備名的設置*/

            int dev_set_name(struct device *dev, const char *name, ...)

                        __attribute__((format(printf, 2, 3)));

            /*設備文件屬性結構體,必須注意的改變點*/

            struct device_attribute {

                /*屬性值*/

                struct attribute    attr;

                /*設備屬性讀函數,必須注意是三個參數,不再是兩個參數*/

                ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,char *buf);

                /*設備屬性寫操作,必須注意是四個參數,不是三個參數*/

                ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,const char *buf, size_t count);

            };

          /*設備屬性宏定義,主要用來實現設備文件屬性*/

            #define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \

            struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

          /*創建設備文件屬性函數,必須檢查返回值*/

            int __must_check device_create_file(struct device *device,struct device_attribute *entry);

            /*刪除設備文件屬性函數*/

            void device_remove_file(struct device *dev,struct device_attribute *attr);

            /*設備注冊函數,必須檢查返回值*/

            int __must_check device_register(struct device *dev);

            /*設備釋放函數*/

            void device_unregister(struct device *dev);


        需要注意的是linux-2.6.30內核以前,沒有init_name元素,而是元素bus_id,這個主要是實現設備名的填充,但是linux-2.6.30內核之后的在struct device中init_name代替了bus_id,但是需要注意的是init_name不能直接被讀寫,當需要讀寫設備名時只能采用特定的函數實現:dev_name(),set_dev_name()。當直接讀寫init_name會導致內核錯誤,出現Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000的錯誤。

        最后注意device_attribute中的show,store函數不同于其他類型(總線、驅動)的函數,device_attribute中的show和store函數中的參數數量多了一個。


        3、驅動


        驅動管理一定的設備,其中的關系主要是內核的內部機制實現的,但是實現的具體邏輯需要在bus_type中的match函數中具體設計。通常是一定的設備名和驅動名匹配,當然也可以有其他的邏輯,具體的只需要設計好bus_type中的match函數。


        驅動是由驅動結構體實現的。具體如下所示:

            /*驅動結構體*/

            struct device_driver {

                /*驅動名,通常用來匹配設備*/

                const char        *name;

                /*關聯的總線類型,總線、設備、驅動關聯的總線類型*/

                struct bus_type        *bus;

                struct module        *owner;

                const char         *mod_name;    /* used for built-in modules */

                /*驅動中最應該實現的操作函數主要包括probe和remove函數*/

                /*當匹配完成以后的,入口函數*/

                int (*probe) (struct device *dev);

                /*驅動卸載時操作的相關函數,退出函數*/

                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 dev_pm_ops *pm;

                struct driver_private *p;

            };

            /*驅動注冊函數,返回值必須檢測*/

            int __must_check driver_register(struct device_driver *drv);

            /*驅動釋放函數*/

            void driver_unregister(struct device_driver *drv);

            /*驅動屬性結構體*/

            struct driver_attribute {

                /*屬性值*/

                struct attribute attr;

                /*屬性讀操作函數*/

                ssize_t (*show)(struct device_driver *driver, char *buf);

                /*屬性寫操作函數*/

                ssize_t (*store)(struct device_driver *driver, const char *buf,

                         size_t count);

            };

            /*驅動屬性定義宏命令*/

            #define DRIVER_ATTR(_name, _mode, _show, _store)    \

            struct driver_attribute driver_attr_##_name =        \

                __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

         /*驅動屬性文件創建函數,返回值必須檢測*/

            int __must_check driver_create_file(struct device_driver *driver,struct driver_attribute *attr);

            /*驅動屬性文件移除函數*/

            void driver_remove_file(struct device_driver *driver,struct driver_attribute *attr);

        驅動結構體的定義不需要完成所有元素的賦值,只需要完成主要的幾個變量的賦值即可,其中主要的元素包含name,bus,以及probe和remove函數的實現。

        其中的probe函數是當總線中的match完成匹配操作以后,進入驅動的入口函數,因此必須實現。remove我認為就是對應的退出函數,因此也有必要實現。

        驅動的注冊,釋放也有相關的函數來操作,主要是driver_register()和driver_unregister()。


        總結:

        1、在總線驅動模型中我認為最主要的是搞清楚三個不同的結構體,分別是總線、驅動、設備。了解三個元素對應的屬性結構體以及相應的屬性操作函數的差異性。

        2、不同驅動設計的關鍵主要是完成不同結構體的填充過程,但是并不需要對結構體中所有的對象進行賦值,只需要完成重要的幾個元素的值。

        3、總線是一種類型,同時也是一種設備,在總線的相關處理中需要首先添加總線類型,然后添加總線設備,這是需要注意的。由于總線類型關聯驅動和設備,因此需要導出總線類型變量。由于總線設備是設備的父設備,因此也需要將總線設備變量導出。同樣在驅動和設備中也要導出相關的結構體變量,便于總線中的match函數實現驅動和設備的匹配操作。

        4、XXX_attr結構體基本相同,都是一個屬性結構體和函數show()、stroe()。但是不同的XXX可能會導致show、stroe函數的參數發生變化。這需要對照源碼。

        5、struct device中的init_name是一個特殊的量,不能直接讀寫操作,只能采用函數device_name()和set_device_name來設置設備名。

        6、xxx_register()之類的函數,需要對返回值進行檢查。因為很有可能不成功

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