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2012-04-05 17:13:03

 
 
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
  1. int __init platform_bus_init(void)  
  2. {  
  3.     int error;  
  4.     early_platform_cleanup();  
  5.     error = device_register(&platform_bus);  
  6.         //总线也是设备,所以也要进行设备的注册   
  7.     if (error)  
  8.         return error;  
  9.     error =  bus_register(&platform_bus_type);  
  10.         //注册platform_bus_type总线到内核   
  11.     if (error)  
  12.         device_unregister(&platform_bus);  
  13.     return error;  
  14. }  
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
  1. struct device platform_bus = {  
  2.     .init_name  = "platform",  
  3. };  
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
  1. struct bus_type platform_bus_type = {  
  2.     .name       = "platform",  
  3.     .dev_attrs  = platform_dev_attrs,   
  4.     .match      = platform_match,  
  5.     .uevent     = platform_uevent,  
  6.     .pm     = &platform_dev_pm_ops,  
  7. };  
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
  1. struct platform_device {  
  2.     const char  * name;  
  3.     int     id;  
  4.     struct device   dev;  
  5.     u32     num_resources;  
  6.     struct resource * resource;  
  7.     struct platform_device_id   *id_entry;  
  8.     /* arch specific additions */  
  9.     struct pdev_archdata    archdata;  
  10. };  
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
  1. struct resource {  
  2.     resource_size_t start;  
  3.     resource_size_t end;  
  4.     const char *name;  
  5.     unsigned long flags;  
  6.     struct resource *parent, *sibling, *child;  
  7. };  
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
  1. int platform_device_register(struct platform_device *pdev)  
  2. {  
  3.     device_initialize(&pdev->dev);  
  4.     return platform_device_add(pdev);  
  5. }  
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:
  1. int platform_device_add(struct platform_device *pdev)  
  2. {  
  3.     int i, ret = 0;  
  4.   
  5.     if (!pdev)  
  6.         return -EINVAL;  
  7.   
  8.     if (!pdev->dev.parent)  
  9.         pdev->dev.parent = &platform_bus;  
  10.         //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   
  11.     pdev->dev.bus = &platform_bus_type;  
  12.         //挂到platform总线上   
  13.     if (pdev->id != -1)  
  14.         dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name,  pdev->id);  
  15.     else  
  16.         dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name);  
  17.         //设置设备名字,这个名字与/sys/devices/platform_bus下的名字对应   
  18.     for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) { //下面操作设备所占用的系统资源   
  19.         struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];  
  20.   
  21.         if (r->name == NULL)  
  22.             r->name = dev_name(&pdev->dev);  
  23.   
  24.         p = r->parent;  
  25.         if (!p) {  
  26.             if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)  
  27.                 p = &iomem_resource;  
  28.             else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)  
  29.                 p = &ioport_resource;  
  30.         }  
  31.   
  32.         if (p && insert_resource(p, r)) {  
  33.             printk(KERN_ERR  
  34.                    "%s: failed to claim resource %d\n",  
  35.                    dev_name(&pdev->dev), i);  
  36.             ret = -EBUSY;  
  37.             goto failed;  
  38.         }  
  39.     }  
  40.        //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。   
  41.        //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   
  42.     pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n",  
  43.          dev_name(&pdev->dev), dev_name(pdev->dev.parent));  
  44.   
  45.     ret = device_add(&pdev->dev);  
  46.         //注册到设备模型中   
  47.     if (ret == 0)  
  48.         return ret;  
  49.  failed:  
  50.     while (--i >= 0) {  
  51.         struct resource *r = &pdev->resource[i];  
  52.         unsigned long type = resource_type(r);  
  53.         if (type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO)  
  54.             release_resource(r);  
  55.     }  
  56.     return ret;  
  57. }  
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:
  1. static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = {  
  2.     &s3c_device_usb,  
  3.     &s3c_device_rtc,  
  4.     &s3c_device_lcd,  
  5.     &s3c_device_wdt,  
  6.     &s3c_device_i2c0,  
  7.     &s3c_device_iis,  
  8.     &mini2440_device_eth,  
  9.     &s3c24xx_uda134x,  
  10.     &s3c_device_nand,  
  11.     &s3c_device_sdi,  
  12.     &s3c_device_usbgadget,  
  13. };  
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:
  1. struct platform_device s3c_device_lcd = {  
  2.     .name         = "s3c2410-lcd",  
  3.     .id       = -1,  
  4.     .num_resources    = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),  
  5.     .resource     = s3c_lcd_resource,  
  6.     .dev              = {  
  7.         .dma_mask       = &s3c_device_lcd_dmamask,  
  8.         .coherent_dma_mask  = 0xffffffffUL  
  9.     }  
  10. };  
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:
  1. static struct resource s3c_lcd_resource[] = {  
  2.     [0] = {  
  3.         .start = S3C24XX_PA_LCD,  
  4.         .end   = S3C24XX_PA_LCD + S3C24XX_SZ_LCD - 1,  
  5.         .flags = IORESOURCE_MEM,  
  6.     },  
  7.     [1] = {  
  8.         .start = IRQ_LCD,  
  9.         .end   = IRQ_LCD,  
  10.         .flags = IORESOURCE_IRQ,  
  11.     }  
  12. };  
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
  1. struct platform_driver {  
  2.     int (*probe)(struct platform_device *);  
  3.     int (*remove)(struct platform_device *);  
  4.     void (*shutdown)(struct platform_device *);  
  5.     int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);  
  6.     int (*resume)(struct platform_device *);  
  7.     struct device_driver driver;  
  8.     struct platform_device_id *id_table;  
  9. };  
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:
  1. static struct platform_driver s3c2412fb_driver = {  
  2.     .probe      = s3c2412fb_probe,  
  3.     .remove     = s3c2410fb_remove,  
  4.     .suspend    = s3c2410fb_suspend,  
  5.     .resume     = s3c2410fb_resume,  
  6.     .driver     = {  
  7.         .name   = "s3c2412-lcd",  
  8.         .owner  = THIS_MODULE,  
  9.     },  
  10. };  
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
  1. int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)  
  2. {  
  3.     drv->driver.bus = &platform_bus_type;  
  4.     if (drv->probe)  
  5.         drv->driver.probe = platform_drv_probe;  
  6.     if (drv->remove)  
  7.         drv->driver.remove = platform_drv_remove;    
  8.     if (drv->shutdown)  
  9.         drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;  
  10.     return driver_register(&drv->driver);  
  11. }  
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:
  1. static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)  
  2. {  
  3.     struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);  
  4.     struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);  
  5.   
  6.     /* match against the id table first */  
  7.     if (pdrv->id_table)  
  8.         return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;  
  9.     /* fall-back to driver name match */  
  10.     return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);  
  11. }  
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。

 
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