linux platform 驱动模型分析

转自：http://blog.csdn.net/yaozhenguo2006/article/details/6784895

 

 

linux platform 驱动模型分析

一. 概述
    platform设备和驱动与linux设备模型密切相关。platform在linux设备模型中，其实就是一种虚拟总线没有对应的硬件结构。它的主要作用就是管理系统的外设资源，比如io内存,中断信号线。现在大多数处理器芯片都是soc，如s3c2440，它包括处理器内核（arm920t）和系统的外设（lcd接口，nandflash接口等）。linux在引入了platform机制之后，内核假设所有的这些外设都挂载在platform虚拟总线上,以便进行统一管理。
二. platform 总线
   1. 在系统中platform对应的文件drivers/base/platform.c，它不是作为一个模块注册到内核的，关键的注册总线的函数由系统初始化部分，对应/init/main.c中的do_basic_setup函数间接调用。这里可以看出platform非常重要，要在系统其他驱动加载之前注册。下面分析platform总线注册函数

int __init platform_bus_init(void)
{
    int error;
    early_platform_cleanup();
    error = device_register(&platform_bus);
        //总线也是设备，所以也要进行设备的注册
    if (error)
        return error;
    error =  bus_register(&platform_bus_type);
        //注册platform_bus_type总线到内核
    if (error)
        device_unregister(&platform_bus);
    return error;
}

int __init platform_bus_init(void) { int error; early_platform_cleanup(); error = device_register(&platform_bus); //总线也是设备，所以也要进行设备的注册 if (error) return error; error = bus_register(&platform_bus_type); //注册platform_bus_type总线到内核 if (error) device_unregister(&platform_bus); return error; }    这个函数向内核注册了一种总线。他首先由/drivers/base/init.c中的driver_init函数调用，driver_init函数由/init/main.c中的do_basic_setup函数调用，do_basic_setup这个函数由kernel_init调用，所以platform总线是在内核初始化的时候就注册进了内核。
   2. platform_bus_type 总线结构与设备结构
    （1） platform总线 设备结构

struct device platform_bus = {
    .init_name  = "platform",
};

struct device platform_bus = { .init_name = "platform", };    platform总线也是一种设备，这里初始化一个device结构，设备名称platform，因为没有指定父设备，所以注册后将会在/sys/device/下出现platform目录。
    （2） platform总线 总线结构

struct bus_type platform_bus_type = {
    .name       = "platform",
    .dev_attrs  = platform_dev_attrs,
    .match      = platform_match,
    .uevent     = platform_uevent,
    .pm     = &platform_dev_pm_ops,
};

struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", .dev_attrs = platform_dev_attrs, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .pm = &platform_dev_pm_ops, };    platform_dev_attrs    设备属性
    platform_match        match函数，这个函数在当属于platform的设备或者驱动注册到内核时就会调用，完成设备与驱动的匹配工作。
    platform_uevent       热插拔操作函数
三. platform 设备
   1. platform_device 结构

struct platform_device {
    const char  * name;
    int     id;
    struct device   dev;
    u32     num_resources;
    struct resource * resource;
    struct platform_device_id   *id_entry;
    /* arch specific additions */
    struct pdev_archdata    archdata;
};

struct platform_device { const char * name; int id; struct device dev; u32 num_resources; struct resource * resource; struct platform_device_id *id_entry; /* arch specific additions */ struct pdev_archdata archdata; };    （1）platform_device结构体中有一个struct resource结构，是设备占用系统的资源，定义在ioport.h中，如下

struct resource {
    resource_size_t start;
    resource_size_t end;
    const char *name;
    unsigned long flags;
    struct resource *parent, *sibling, *child;
};

struct resource { resource_size_t start; resource_size_t end; const char *name; unsigned long flags; struct resource *parent, *sibling, *child; };    （2） num_resources 占用系统资源的数目，一般设备都占用两种资源，io内存和中断信号线。这个为两种资源的总和。
   2. 设备注册函数 platform_device_register

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
{
    device_initialize(&pdev->dev);
    return platform_device_add(pdev);
}

int platform_device_register(struct platform_device *pdev) { device_initialize(&pdev->dev); return platform_device_add(pdev); }    这个函数首先初始化了platform_device的device结构，然后调用platform_device_add，这个是注册函数的关键，下面分析platform_device_add：

int platform_device_add(struct platform_device *pdev)
{
    int i, ret = 0;

    if (!pdev)
        return -EINVAL;

    if (!pdev->dev.parent)
        pdev->dev.parent = &platform_bus;
        //可以看出，platform设备的父设备一般都是platform_bus，所以注册后的platform设备都出现在/sys/devices/platform_bus下
    pdev->dev.bus = &platform_bus_type;
        //挂到platform总线上
    if (pdev->id != -1)
        dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name,  pdev->id);
    else
        dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name);
        //设置设备名字，这个名字与/sys/devices/platform_bus下的名字对应
    for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) { //下面操作设备所占用的系统资源
        struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];

        if (r->name == NULL)
            r->name = dev_name(&pdev->dev);

        p = r->parent;
        if (!p) {
            if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)
                p = &iomem_resource;
            else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)
                p = &ioport_resource;
        }

        if (p && insert_resource(p, r)) {
            printk(KERN_ERR
                   "%s: failed to claim resource %d\n",
                   dev_name(&pdev->dev), i);
            ret = -EBUSY;
            goto failed;
        }
    }
       //上面主要是遍历设备所占用的资源，找到对应的父资源，如果没有定义，那么根据资源的类型，分别赋予iomem_resource和ioport_resource，然后调用insert_resource插入资源。
       //这样系统的资源就形成了一个树形的数据结构，便于系统的管理
    pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n",
         dev_name(&pdev->dev), dev_name(pdev->dev.parent));

    ret = device_add(&pdev->dev);
        //注册到设备模型中
    if (ret == 0)
        return ret;
 failed:
    while (--i >= 0) {
        struct resource *r = &pdev->resource[i];
        unsigned long type = resource_type(r);
        if (type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO)
            release_resource(r);
    }
    return ret;
}

int platform_device_add(struct platform_device *pdev) { int i, ret = 0; if (!pdev) return -EINVAL; if (!pdev->dev.parent) pdev->dev.parent = &platform_bus; //可以看出，platform设备的父设备一般都是platform_bus，所以注册后的platform设备都出现在/sys/devices/platform_bus下 pdev->dev.bus = &platform_bus_type; //挂到platform总线上 if (pdev->id != -1) dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name, pdev->id); else dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name); //设置设备名字，这个名字与/sys/devices/platform_bus下的名字对应 for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) { //下面操作设备所占用的系统资源 struct resource *p, *r = &pdev->resource[i]; if (r->name == NULL) r->name = dev_name(&pdev->dev); p = r->parent; if (!p) { if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM) p = &iomem_resource; else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO) p = &ioport_resource; } if (p && insert_resource(p, r)) { printk(KERN_ERR "%s: failed to claim resource %d\n", dev_name(&pdev->dev), i); ret = -EBUSY; goto failed; } } //上面主要是遍历设备所占用的资源，找到对应的父资源，如果没有定义，那么根据资源的类型，分别赋予iomem_resource和ioport_resource，然后调用insert_resource插入资源。 //这样系统的资源就形成了一个树形的数据结构，便于系统的管理 pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n", dev_name(&pdev->dev), dev_name(pdev->dev.parent)); ret = device_add(&pdev->dev); //注册到设备模型中 if (ret == 0) return ret; failed: while (--i >= 0) { struct resource *r = &pdev->resource[i]; unsigned long type = resource_type(r); if (type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO) release_resource(r); } return ret; }   3. mini2440内核注册platform设备过程
    因为一种soc确定之后，其外设模块就已经确定了，所以注册platform设备就由板级初始化代码来完成，在mini2440中是mach-mini2440.c的mini2440_machine_init函数中调用platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices))来完成注册。这个函数完成mini2440的所有platform设备的注册：
    （1） platform_add_devices函数是platform_device_register的简单封装，它向内核注册一组platform设备
    （2） mini2440_devices是一个platform_device指针数组，定义如下：

static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = {
    &s3c_device_usb,
    &s3c_device_rtc,
    &s3c_device_lcd,
    &s3c_device_wdt,
    &s3c_device_i2c0,
    &s3c_device_iis,
    &mini2440_device_eth,
    &s3c24xx_uda134x,
    &s3c_device_nand,
    &s3c_device_sdi,
    &s3c_device_usbgadget,
};

static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = { &s3c_device_usb, &s3c_device_rtc, &s3c_device_lcd, &s3c_device_wdt, &s3c_device_i2c0, &s3c_device_iis, &mini2440_device_eth, &s3c24xx_uda134x, &s3c_device_nand, &s3c_device_sdi, &s3c_device_usbgadget, };    这个就是mini2440的所有外设资源了，每个外设的具体定义在/arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c，下面以s3c_device_lcd为例说明，其他的类似。s3c_device_lcd在devs.c中它定义为：

struct platform_device s3c_device_lcd = {
    .name         = "s3c2410-lcd",
    .id       = -1,
    .num_resources    = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),
    .resource     = s3c_lcd_resource,
    .dev              = {
        .dma_mask       = &s3c_device_lcd_dmamask,
        .coherent_dma_mask  = 0xffffffffUL
    }
};

struct platform_device s3c_device_lcd = { .name = "s3c2410-lcd", .id = -1, .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource), .resource = s3c_lcd_resource, .dev = { .dma_mask = &s3c_device_lcd_dmamask, .coherent_dma_mask = 0xffffffffUL } };    可以看出，它占用的资源s3c_lcd_resource，定义如下：

static struct resource s3c_lcd_resource[] = {
    [0] = {
        .start = S3C24XX_PA_LCD,
        .end   = S3C24XX_PA_LCD + S3C24XX_SZ_LCD - 1,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
    [1] = {
        .start = IRQ_LCD,
        .end   = IRQ_LCD,
        .flags = IORESOURCE_IRQ,
    }
};

static struct resource s3c_lcd_resource[] = { [0] = { .start = S3C24XX_PA_LCD, .end = S3C24XX_PA_LCD + S3C24XX_SZ_LCD - 1, .flags = IORESOURCE_MEM, }, [1] = { .start = IRQ_LCD, .end = IRQ_LCD, .flags = IORESOURCE_IRQ, } };   这是一个数组，有两个元素，说明lcd占用了系统两个资源，一个资源类型是IORESOURCE_MEM代表io内存，起使地址S3C24XX_PA_LCD，这个是LCDCON1寄存器的地址。另外一个资源是中断信号线。
四. platform设备驱动
   如果要将所写的驱动程序注册成platform驱动，那么所做的工作就是初始化一个platform_driver，然后调用platform_driver_register进行注册。
   1. 基本数据机构platform_driver

struct platform_driver {
    int (*probe)(struct platform_device *);
    int (*remove)(struct platform_device *);
    void (*shutdown)(struct platform_device *);
    int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
    int (*resume)(struct platform_device *);
    struct device_driver driver;
    struct platform_device_id *id_table;
};

struct platform_driver { int (*probe)(struct platform_device *); int (*remove)(struct platform_device *); void (*shutdown)(struct platform_device *); int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); int (*resume)(struct platform_device *); struct device_driver driver; struct platform_device_id *id_table; };    这是platform驱动基本的数据结构，在驱动程序中我们要做的就是声明一个这样的结构并初始化。下面是lcd驱动程序对它的初始化：

static struct platform_driver s3c2412fb_driver = {
    .probe      = s3c2412fb_probe,
    .remove     = s3c2410fb_remove,
    .suspend    = s3c2410fb_suspend,
    .resume     = s3c2410fb_resume,
    .driver     = {
        .name   = "s3c2412-lcd",
        .owner  = THIS_MODULE,
    },
};

static struct platform_driver s3c2412fb_driver = { .probe = s3c2412fb_probe, .remove = s3c2410fb_remove, .suspend = s3c2410fb_suspend, .resume = s3c2410fb_resume, .driver = { .name = "s3c2412-lcd", .owner = THIS_MODULE, }, };    上面几个函数是我们要实现的，它将赋值给device_driver中的相关成员，probe函数是用来查询特定设备是够真正存在的函数。当设备从系统删除的时候调用remove函数。
   2. 注册函数platform_driver_register

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)
{
    drv->driver.bus = &platform_bus_type;
    if (drv->probe)
        drv->driver.probe = platform_drv_probe;
    if (drv->remove)
        drv->driver.remove = platform_drv_remove;
    if (drv->shutdown)
        drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;
    return driver_register(&drv->driver);
}

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv) { drv->driver.bus = &platform_bus_type; if (drv->probe) drv->driver.probe = platform_drv_probe; if (drv->remove) drv->driver.remove = platform_drv_remove; if (drv->shutdown) drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown; return driver_register(&drv->driver); }    这个函数首先使驱动属于platform_bus_type总线，将platform_driver结构中的定义的probe，remove,shutdown赋值给device_driver结构中的相应成员，以供linux设备模型核心调用，然后调用driver_regster将设备驱动注册到linux设备模型核心中。
五. 各环节的整合
    前面提到mini2440板级初始化程序将它所有的platform设备注册到了linux设备模型核心中，在/sys/devices/platform目录中都有相应的目录表示。platform驱动则是由各个驱动程序模块分别注册到系统中的。但是他们是如何联系起来的呢，这就跟linux设备模型核心有关系了。在ldd3中的linux设备模型的各环节的整合中有详细的论述。这里简要说明一下platform实现的方法。每当注册一个platform驱动的时候就会调用driver_register，这个函数的调用会遍历设备驱动所属总线上的所有设备，并对每个设备调用总线的match函数。platform驱动是属于platform_bus_type总线，所以调用platform_match函数。这个函数实现如下：

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
    struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
    struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

    /* match against the id table first */
    if (pdrv->id_table)
        return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
    /* fall-back to driver name match */
    return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) { struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev); struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv); /* match against the id table first */ if (pdrv->id_table) return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL; /* fall-back to driver name match */ return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0); }    这个函数将device结构转换为platform_devcie结构，将device_driver结构转换为platform_driver结构，并调用platform_match_id对设备与驱动相关信息进行比较。如果没有比较成功会返回0,以便进行下一个设备的比较，如果比较成功就会返回1,并且将device结构中的driver指针指向这个驱动。然后调用device_driver中的probe函数,在lcd驱动中就是s3c2412fb_probe。这个函数是我们要编写的函数。这个函数检测驱动的状态，并且测试能否真正驱动设备，并且做一些初始化工作。