总线设备驱动模型总结

我的环境：

主机开发环境：Fedora14

开发板：         TQ2440

编译器： arm-linux-gcc-4.3.2

总线设备驱动模型其实现主要是基于Kobject和sysfs等机制，对于驱动模型程序开发主要是理解三个元素：总线、设备、驱动的关系。三者之间因为一定的联系性实现对设备的控制。

首先是总线，总线是三者联系起来的基础，通过一种总线类型，将设备和驱动联系起来。总线类型中的match函数用来匹配设备和驱动。当匹配操作晚餐之后就会控制驱动程序中的probe函数。

总线设备驱动模型的设计主要包括三个元素的注册，将三个元素加载到内核中，然后通过内核的内部机制将三者联系起来。

首先，总线类型的注册，包括属性文件的添加，总线也是一种设备，也需要将总线设备注册。

其次，完成设备的注册和添加以及对设备添加设备属性文件，同时填充最基本的函数操作。

最后，完成驱动的注册和天极以及对设备驱动添加属性文件，同时填充最基本的函数操作。

1、总线

总线类型是通过结构体bus_type表示的。其源码如下所示：

1. struct bus_type {

2.     /*总线名*/

3.     const char        *name;

4.     /*总线、设备、驱动属性*/

5.     struct bus_attribute    *bus_attrs;

6.     struct device_attribute    *dev_attrs;

7.     struct driver_attribute    *drv_attrs;

9.     /*总线支持的函数操作*/

10.     /*匹配函数，主要用来识别相应的设备和驱动，是两者直接形成关联

11.       用来判断指定的驱动程序能否处理指定的设备

12.     */

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

14.     /*在进行热插拔事件之前，为设备配置环境变量操作函数*/

15.     int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

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

17.     int (*remove)(struct device *dev);

18.     void (*shutdown)(struct device *dev);

20.     int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);

21.     int (*suspend_late)(struct device *dev, pm_message_t state);

22.     int (*resume_early)(struct device *dev);

23.     int (*resume)(struct device *dev);

25.     struct dev_pm_ops *pm;

26.    

27.     struct bus_type_private *p;

28. };

其中的int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv)是必须实现的函数，因为这个函数主要是实现设备和驱动之间的匹配管理。其中匹配的具体逻辑关系需要驱动设计着设定。

int (*uevent)(struct device *dev, char **envp, int num_envp,char *buffer, int buffer_size)则在热插拔事件之前，允许总线为设备添加环境变量。

通常创建一种总线类型的过程中只要完成总线类型结构体的填充，然后完成相应的注册、属性文件创建即可实现总线类型的添加。并不需要对bus_type类型中的所有变量进行赋值，只要将其中的name,bus_attribute,match实现即可。

最后不要忘了总线也是设备，需要将总线设备添加到内核中（注册函数）。

关于总线类型的属性设置，实质上就是完成一个结构体的操作。

如下源码所示：

1. struct bus_attribute {

2.     /*属性结构体*/

3.     struct attribute    attr;

4.     /*属性读操作函数，即显示函数*/

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

6.     /*属性写操作函数，也就是存储到结构体中*/

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

8. };

 /*可以通过宏命令定义一个总线结构体，但是需要自己实现属性读写操作函数，如果没有，可设置为NULL*/

 /*总线属性定义宏*/

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

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

 /*__ATTR的宏实现如下所示：*/

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

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

.show = _show, \

.store = _store, \

 }

由于通常情况下需要查找总线的版本信息，可以将版本信息添加到属性的读属性操作函数中，这样就能显示具体的版本信息。

在宏定义中##是指链接符的作用，相当于将两个部分链接起来，比如bus_attr_##name = bus_attr_name。这是在宏定义中比较常用的定义方式之一。

总线类型的注册和总线类型属性文件创建，以及总线设备的注册主要是依据下面几个函数来实现：

1. /*总线类型注册函数，由于可能会出错，因此必须对返回值进行检查*/

2. int __must_check bus_register(struct bus_type *bus);

3. /*总线类型释放函数*/

4. void bus_unregister(struct bus_type *bus);

  /*总线文件属性创建函数，将相关的文件属性添加给总线类型，同时也必须检查返回值是否正确*/

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

2. /*总线类型文件属性删除函数，将两者之间的关联性切断*/

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

最后需要将总线设备添加到系统中，主要采用设备注册函数;

设备注册函数：

int __must_check device_register(struct device *dev);

设备释放函数：

void device_unregister(struct device *dev);

2、设备

  

设备的实现主要是依靠struct device函数实现的，设备的实现主要是对结构体的填充。实现相应的函数即可。

1. struct device {

2.     /*父设备，通常就是总线设备，这也是为什么需要将总线作为设备添加的原因*/

3.     struct device        *parent;

5.     struct device_private    *p;

7.     struct kobject kobj;

8.     /*init_name是新添加的，替代了原来的bus_id,但是init_name不能直接被读写操作*/

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

10.     struct device_type    *type;

12.     struct semaphore    sem;    /* semaphore to synchronize calls to

13.                      * its driver.

14.                      */

15.     /*总线类型，主要是关联总线类型，这是前面添加的总线类型，通过相同的总线类型关联设备和驱动*/

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

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

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

19.     void        *platform_data;    /* Platform specific data, device

20.                      core doesn't touch it */

21.     struct dev_pm_info    power;

23. #ifdef CONFIG_NUMA

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

25. #endif

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

27.     u64        coherent_dma_mask; /* Like dma_mask, but for

28.                      alloc_coherent mappings as

29.                      not all hardware supports

30.                      64 bit addresses for consistent

31.                      allocations such descriptors. */

33.     struct device_dma_parameters *dma_parms;

35.     struct list_head    dma_pools;    /* dma pools (if dma'ble) */

37.     struct dma_coherent_mem    *dma_mem; /* internal for coherent mem

38.                      override */

39.     /* arch specific additions */

40.     struct dev_archdata    archdata;

42.     dev_t            devt;    /* dev_t, creates the sysfs "dev" */

44.     spinlock_t        devres_lock;

45.     struct list_head    devres_head;

47.     struct klist_node    knode_class;

48.     struct class        *class;

49.     struct attribute_group    **groups;    /* optional groups */

50.     

51.     /*必须实现的release函数*/

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

53. };

55. /*由于init_name 不能直接读写，只能通过*dev_name来读写设备名*/

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

57. {

58.     return kobject_name(&dev->kobj);

59. }

60. /*实现对设备名的设置*/

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

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

64. /*设备文件属性结构体，必须注意的改变点*/

65. struct device_attribute {

66.     /*属性值*/

67.     struct attribute    attr;

68.     /*设备属性读函数，必须注意是三个参数，不再是两个参数*/

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

70.     /*设备属性写操作，必须注意是四个参数，不是三个参数*/

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

72. };

  /*设备属性宏定义，主要用来实现设备文件属性*/

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

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

  /*创建设备文件属性函数，必须检查返回值*/

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

2. /*删除设备文件属性函数*/

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

4. /*设备注册函数，必须检查返回值*/

5. int __must_check device_register(struct device *dev);

6. /*设备释放函数*/

7. void device_unregister(struct device *dev);

需要注意的是linux-2.6.30内核以前，没有init_name元素，而是元素bus_id，这个主要是实现设备名的填充，但是linux-2.6.30内核之后的在struct device中init_name代替了bus_id,但是需要注意的是init_name不能直接被读写，当需要读写设备名时只能采用特定的函数实现:dev_name()，set_dev_name()。当直接读写init_name会导致内核错误，出现Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000的错误。

最后注意device_attribute中的show,store函数不同于其他类型（总线、驱动）的函数，device_attribute中的show和store函数中的参数数量多了一个。

3、驱动

驱动管理一定的设备，其中的关系主要是内核的内部机制实现的，但是实现的具体逻辑需要在bus_type中的match函数中具体设计。通常是一定的设备名和驱动名匹配，当然也可以有其他的逻辑，具体的只需要设计好bus_type中的match函数。

驱动是由驱动结构体实现的。具体如下所示：

1. /*驱动结构体*/

2. struct device_driver {

3.     /*驱动名，通常用来匹配设备*/

4.     const char        *name;

5.     /*关联的总线类型，总线、设备、驱动关联的总线类型*/

6.     struct bus_type        *bus;

8.     struct module        *owner;

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

11.     /*驱动中最应该实现的操作函数主要包括probe和remove函数*/

12.     /*当匹配完成以后的，入口函数*/

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

14.     /*驱动卸载时操作的相关函数，退出函数*/

15.     int (*remove) (struct device *dev);

17.     void (*shutdown) (struct device *dev);

18.     int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);

19.     int (*resume) (struct device *dev);

20.     struct attribute_group **groups;

22.     struct dev_pm_ops *pm;

24.     struct driver_private *p;

25. };

27. /*驱动注册函数，返回值必须检测*/

28. int __must_check driver_register(struct device_driver *drv);

29. /*驱动释放函数*/

30. void driver_unregister(struct device_driver *drv);

32. /*驱动属性结构体*/

33. struct driver_attribute {

34.     /*属性值*/

35.     struct attribute attr;

36.     /*属性读操作函数*/

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

38.     /*属性写操作函数*/

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

40.              size_t count);

41. };

43. /*驱动属性定义宏命令*/

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

45. struct driver_attribute driver_attr_##_name =        \

46.     __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

 /*驱动属性文件创建函数，返回值必须检测*/ 

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

2. /*驱动属性文件移除函数*/

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

驱动结构体的定义不需要完成所有元素的赋值，只需要完成主要的几个变量的赋值即可，其中主要的元素包含name,bus,以及probe和remove函数的实现。

其中的probe函数是当总线中的match完成匹配操作以后，进入驱动的入口函数，因此必须实现。remove我认为就是对应的退出函数，因此也有必要实现。

驱动的注册,释放也有相关的函数来操作，主要是driver_register()和driver_unregister()。

总结：

1、在总线驱动模型中我认为最主要的是搞清楚三个不同的结构体，分别是总线、驱动、设备。了解三个元素对应的属性结构体以及相应的属性操作函数的差异性。

2、不同驱动设计的关键主要是完成不同结构体的填充过程，但是并不需要对结构体中所有的对象进行赋值，只需要完成重要的几个元素的值。

3、总线是一种类型，同时也是一种设备，在总线的相关处理中需要首先添加总线类型，然后添加总线设备，这是需要注意的。由于总线类型关联驱动和设备，因此需要导出总线类型变量。由于总线设备是设备的父设备，因此也需要将总线设备变量导出。同样在驱动和设备中也要导出相关的结构体变量，便于总线中的match函数实现驱动和设备的匹配操作。

4、XXX_attr结构体基本相同，都是一个属性结构体和函数show()、stroe()。但是不同的XXX可能会导致show、stroe函数的参数发生变化。这需要对照源码。

5、struct device中的init_name是一个特殊的量，不能直接读写操作，只能采用函数device_name()和set_device_name来设置设备名。

6、xxx_register()之类的函数，需要对返回值进行检查。因为很有可能不成功。