手把手教Linux驅動10-platform總線詳解

platform總線是學習linux驅動必須要掌握的一個知識點。

一、概念

嵌入式系統(tǒng)中有很多的物理總線：I2c、SPI、USB、uart、PCIE、APB、AHB

linux從2.6起就加入了一套新的驅動管理和注冊的機制platform平臺總線，是一條虛擬的總線,并不是一個物理的總線。

相比 PCI、USB，它主要用于描述SOC上的片上資源。platform 所描述的資源有一個共同點：在CPU 的總線上直接取址。

平臺設備會分到一個名稱（用在驅動綁定中）以及一系列諸如地址和中斷請求號（IRQ）之類的資源。

設備用platform_device表示，驅動用platform_driver進行注冊。

與傳統(tǒng)的bus/device/driver機制相比，platform由內核進行統(tǒng)一管理，在驅動中使用資源，提高了代碼的安全性和可移植性。

二、platform

1. platform總線兩個最重要的結構體

platform維護的所有的驅動都必須要用該結構體定義：

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;
const?struct?platform_device_id?*id_table;
bool?prevent_deferred_probe;
};

該結構體，用于注冊驅動到platform總線，

我們編寫驅動的時候往往需要填充以上幾個成員

platform_device

platform總線用于描述設備硬件信息的結構體，包括該硬件的所有資源（io，memory、中斷、DMA等等）。

struct?platform_device?{
const?char?*name;
int??id;
bool??id_auto;
struct?device?dev;
u32??num_resources;
struct?resource?*resource;

const?struct?platform_device_id?*id_entry;

/*?MFD?cell?pointer?*/
struct?mfd_cell?*mfd_cell;

/*?arch?specific?additions?*/
struct?pdev_archdata?archdata;
};

struct device dev->release()必須實現(xiàn)，

其中描述硬件信息的成員struct resource

0x139d0000

struct?resource?{
resource_size_t?start;??//表示資源的起始值，
resource_size_t?end;????//表示資源的最后一個字節(jié)的地址，?如果是中斷，end和satrt相同
const?char?*name;???//?可不寫
unsigned?long?flags;?//資源的類型
struct?resource?*parent,?*sibling,?*child;
};
flags的類型說明

#define?IORESOURCE_MEM??0x00000200????//內存
#define?IORESOURCE_IRQ??0x00000400????//中斷

內核管理的所有的驅動，都必須包含一個叫struct device_driver成員， ?//男性描述的硬件，必須包含struct device結構體成員。

//女性

struct?device_driver?{
const?char??*name;
struct?bus_type??*bus;

struct?module??*owner;
const?char??*mod_name;?/*?used?for?built-in?modules?*/

bool?suppress_bind_attrs;?/*?disables?bind/unbind?via?sysfs?*/

const?struct?of_device_id?*of_match_table;
const?struct?acpi_device_id?*acpi_match_table;

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?(*resume)?(struct?device?*dev);
const?struct?attribute_group?**groups;

const?struct?dev_pm_ops?*pm;

struct?driver_private?*p;
};

其中：

const?char??*name;

用于和硬件進行匹配。

內核描述硬件，必須包含struct device結構體成員：

struct?device?{
struct?device??*parent;

struct?device_private?*p;

struct?kobject?kobj;
const?char??*init_name;?/*?initial?name?of?the?device?*/
const?struct?device_type?*type;

struct?mutex??mutex;?/*?mutex?to?synchronize?calls?to
*?its?driver.
*/

struct?bus_type?*bus;??/*?type?of?bus?device?is?on?*/
struct?device_driver?*driver;?/*?which?driver?has?allocated?this
device?*/
void??*platform_data;?/*?Platform?specific?data,?device
core?doesn't?touch?it?*/
struct?dev_pm_info?power;
struct?dev_pm_domain?*pm_domain;

#ifdef?CONFIG_PINCTRL
struct?dev_pin_info?*pins;
#endif

#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?*/
#ifdef?CONFIG_DMA_CMA
struct?cma?*cma_area;??/*?contiguous?memory?area?for?dma
allocations?*/
#endif
/*?arch?specific?additions?*/
struct?dev_archdata?archdata;

struct?device_node?*of_node;?/*?associated?device?tree?node?*/
struct?acpi_dev_node?acpi_node;?/*?associated?ACPI?device?node?*/

dev_t???devt;?/*?dev_t,?creates?the?sysfs?"dev"?*/
u32???id;?/*?device?instance?*/

spinlock_t??devres_lock;
struct?list_head?devres_head;

struct?klist_node?knode_class;
struct?class??*class;
const?struct?attribute_group?**groups;?/*?optional?groups?*/

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

bool???offline_disabled:1;
bool???offline:1;
};

其中：

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

不能為空。

2. 如何注冊

要用注冊一個platform驅動的步驟

1）注冊驅動platform_device_register

/**
*?platform_device_register?-?add?a?platform-level?device
*?@pdev:?platform?device?we're?adding
*/
int?platform_device_register(struct?platform_device?*pdev)
{
device_initialize(&pdev->dev);
arch_setup_pdev_archdata(pdev);
return?platform_device_add(pdev);
}

2） 注冊設備platform_driver_register

#define?platform_driver_register(drv)
__platform_driver_register(drv,?THIS_MODULE)

三、舉例

1. 開發(fā)步驟

platform 總線下驅動的開發(fā)步驟是：

設備

需要實現(xiàn)的結構體是：platform_device 。

1）初始化 resource 結構變量

2）初始化 platform_device 結構變量

3）向系統(tǒng)注冊設備：platform_device_register。

以上三步，必須在設備驅動加載前完成，即執(zhí)行platform_driver_register（）之前，原因是驅動注冊時需要匹配內核中所有已注冊的設備名。

platform_driver_register（）中添加device到內核最終還是調用的device_add函數(shù)。

Platform_device_add和device_add最主要的區(qū)別是多了一步insert_resource（p, r），即將platform資源（resource）添加進內核，由內核統(tǒng)一管理。

驅動

驅動注冊中，需要實現(xiàn)的結構體是：platform_driver 。

在驅動程序的初始化函數(shù)中，調用了platform_driver_register（）注冊 platform_driver 。

需要注意的是：platform_driver 和 platform_device 中的 name 變量的值必須是相同的【在不考慮設備樹情況下，關于設備樹，后面會寫新的文章詳細講述】 。

這樣在 platform_driver_register（） 注冊時，會將當前注冊的 platform_driver 中的 name 變量的值和已注冊的所有 platform_device 中的 name 變量的值進行比較，只有找到具有相同名稱的 platform_device 才能注冊成功。

當注冊成功時，會調用 platform_driver 結構元素 probe 函數(shù)指針。

實例1

本例比較簡單，只用于測試platform_driver 和platform_device是否可以匹配成功。

左邊是platform_device結構體注冊的代碼，右邊是platform_driver結構體注冊的代碼。

platform_driver 定義和注冊：

1?#include?<linux/init.h>
2?#include?<linux/module.h>
3?#include?<linux/platform_device.h>
4?#include?<linux/ioport.h>
5
6?static?int?hello_probe(struct?platform_device?*pdev)
7?{
8?????printk("match?ok?n");
9?????return?0;
10?}
11?static??int?hello_remove(struct?platform_device?*pdev)
12?{
13?????printk("hello_remove?n");
14?????return?0;
15?}
16?static?struct?platform_driver?hello_driver?=
17?{
18?????.probe?=?hello_probe,
19?????.driver.name?=?"duang",
20?????.remove?=?hello_remove,
21?};
22?static?int?hello_init(void)
23?{
24?????printk("hello_init?n");
25?????return?platform_driver_register(&hello_driver);
26?}
27?static?void?hello_exit(void)
28?{
29?????printk("hello_exit?n");
30?????platform_driver_unregister(&hello_driver);
31?????return;
32?}
33?MODULE_LICENSE("GPL");
34?module_init(hello_init);
35?module_exit(hello_exit);

platform_device定義和注冊：

1?#include?<linux/init.h>
2?#include?<linux/module.h>
3?#include?<linux/platform_device.h>
4?#include?<linux/ioport.h>
5
6?static?void?hello_release(struct?device?*dev)
7?{
8??????return;
9?}
10?static?struct?platform_device?hello_device?=
11?{
12?????.name?=?"duang",
13?????.id?=?-1,
14?????.dev.release?=?hello_release,
15?};
16
17
18?static?int?hello_init(void)
19?{
20?????printk("hello_init?n");
21?????return?platform_device_register(&hello_device);
22
23?}
24?static?void?hello_exit(void)
25?{
26?????printk("hello_exit?n");
27?????platform_device_unregister(&hello_device);
28?????return;
29?}
30?MODULE_LICENSE("GPL");
31?module_init(hello_init);
32?module_exit(hello_exit);

該程序只用于測試platform框架是否可以成功匹配，struct platform_device hello_device 并沒有設置任何硬件信息。

Makfile??

1?ifneq?($(KERNELRELEASE),)
2?obj-m:=device.o?driver.o
3?else
4?KDIR?:=/lib/modules/$(shell?uname?-r)/build
5?PWD??:=$(shell?pwd)
6?all:
7?????make?-C?$(KDIR)?M=$(PWD)?modules
8?clean:
9?????rm?-f?*.ko?*.o?*.mod.o?*.symvers?*.cmd??*.mod.c?*.order
10?endif

該makefile可以同時將兩個C文件編譯成ko文件。

編譯：

編譯

編譯生成的文件：

加載模塊

清空log信息
sudo?dmesg?-c

匹配成功

實例2

給結構體platform_device 增加硬件信息，并在內核中能夠讀取出來。本例向結構體hello_device 增加信息如下：

基址寄存器地址0x139d0000，該地址的空間是0x4

中斷號199【注意】實際的內核中會把外設的中斷號根據(jù)HW id（通常soc廠商設備soc的時候會給每一個中斷源定義好唯一的ID）計算出一個新的中斷號，該中斷號會被cpu所識別。

device.c

struct?resource?res[]={
[0]?={
.start?=?0x139d0000,
.end??=?0x139d0000?+?0x3,
.flags?=?IORESOURCE_MEM,
},

?[1]?={
.start?=?199,
.end??=?199,
.flags?=?IORESOURCE_IRQ,
},
};
static?struct?platform_device?hello_device?=
{
.name?=?"duang",
.id?=?-1,
.dev.release?=?hello_release,
.num_resources?=?ARRAY_SIZE(res),
.resource?=?res,
};

driver.c

static?int?hello_probe(struct?platform_device?*pdev)
{
printk("match?ok?n");

printk("mem?=?%x?n",pdev->resource[0].start);
printk("irq?=?%d?n",pdev->resource[1].start);

//注冊中斷、申請內存
return?0;
}

重新編譯，卸載第一個例子的模塊，并清除log：

make
sudo?rmmod?device
sudo?rmmod?driver
sudo?dmesg?-c

執(zhí)行

由結果可知，probe函數(shù)正確讀取到了硬件信息。

四、platform_device是如何管理的？

1. 沒有設備樹

在沒有設備樹的時候，以三星Cortex-A8 ?s5pc100為例，硬件信息放在以下位置

archarmmach-s5pc100Mach-smdkc100.c
archarmplat-samsung

注冊platform_device

platform_device定義

該數(shù)組存放了，內核啟動需要初始化的硬件的信息。

2. 如果有設備樹

內核會有設備初始化的完整代碼，會在內核啟動的時候把設備樹信息解析初始化，把硬件信息初始化到對應的鏈表中。在總線匹配成功后，會把硬件的信息傳遞給probe()函數(shù)。

五、總線相關的其他的知識點

1. 內核總線相關結構體變量

內核維護的所有的總線都需要用以下結構體注冊一個變量。

struct?bus_type?{
const?char??*name;
const?char??*dev_name;
struct?device??*dev_root;
struct?device_attribute?*dev_attrs;?/*?use?dev_groups?instead?*/
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);

const?struct?dev_pm_ops?*pm;

struct?iommu_ops?*iommu_ops;

struct?subsys_private?*p;
struct?lock_class_key?lock_key;
};

platform總線變量的定義struct bus_type platform_bus_type定義如下：

struct?bus_type?platform_bus_type?=?{
.name??=?"platform",
.dev_groups?=?platform_dev_groups,
.match??=?platform_match,
.uevent??=?platform_uevent,
.pm??=?&platform_dev_pm_ops,
};

其中最重要的成員是**.match**。

當有設備的硬件信息注冊到platform_bus_type 總線的時候，會遍歷所有platform總線維護的驅動，通過名字來匹配，如果相同，就說明硬件信息和驅動匹配，就會調用驅動的platform_driver ->probe函數(shù),初始化驅動的所有資源，讓該驅動生效。

當有設備的驅動注冊到platform_bus_type 總線的時候，會遍歷所有platform總線維護的硬件信息，通過名字來匹配，如果相同，就說明硬件信息和驅動匹配，就會調用驅動的platform_driver ->probe函數(shù),初始化驅動的所有資源，讓該驅動生效。

注冊位置

driversbasePlatform.c

platform_bus_type的注冊

六、注冊代碼流程詳解

捋架構的好處，就是可以幫助我們定位問題

1. match函數(shù)何時被調用到？

2. probe函數(shù)何時被調用到

以下是上述兩個問題代碼的調用流程：

代碼調用流程

后面我們會再詳細介紹設備樹。