Linux驱动开发|platform设备驱动

飞奔的炮台

platform设备驱动
字符设备驱动一般都比较简单，都是对IO进行简单的读写操作。比如I2C、SPI、 LCD 等这些复杂外设的驱动就不能这样写，驱动程序占用了 Linux 内核代码量的大部分，因此 Linux 系统驱动的可重用性非常重要
一. 驱动的分离
以I2C接口的六轴传感器为例，传统的设备驱动如下图示：每个平台都有一个MPU6050的驱动，设备端的驱动重复编写了好几次

通过驱动的分离优化后的驱动框架如下图示：每个平台的I2C控制器都提供一个统一的接口，每个设备也只提供一个驱动程序，每个设备通过统一的I2C接口驱动来访问

驱动的分离也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来，在实际的开发中，主机驱动一般由半导体厂家写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家写好了，我们只需要提供设备信息即可。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。 这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是 Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离，如下图所示：

当向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备，有的话也联系起来。 Linux 内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式。platform 驱动就是这一思想下的产物
二. 驱动的分层
Linux 下的驱动也是分层的，分层的目的是为了在不同的层处理不同的内容。以 input 输入子系统为例，input 子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等

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• 驱动层：负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给核心层
  
• 核心层：处理各种 IO 模型，并且提供 file_operations 操作集合
  
• 事件层：主要和用户空间进行交互
  
  
  
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三. platform平台驱动模型
有的外设没有总线的概念，但是又要使用总线、驱动和设备模型。因此Linux提出了 platform 虚拟总线，相应的还有 platform 驱动和 platform 设备
3.1 platform总线
Linux系统内核使用 bus_type 结构体表示总线，此结构体定义在文件 include/linux/device.h

struct bus_type {
  const char *name; /* 总线名字 */
  const char *dev_name;
  struct device *dev_root;
  struct device_attribute *dev_attrs;
  const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性 */
  const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性 */
  const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性 */
  //match函数，用于完成设备和驱动之间的匹配
  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;
  const struct iommu_ops *iommu_ops;
  struct subsys_private *p;
  struct lock_class_key lock_key;
};

platform 总线是 bus_type 的一个具体实例，定义在文件 drivers/base/platform.c

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

上面定义的 platform_bus_type 就是 platform 平台总线，其中的 platform_match 就是匹配函数，定义在文件 drivers/base/platform.c 中

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);
  /*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/
  if (pdev->driver_override)
  return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
  //第一种匹配方式（of类型的匹配），设备树采用的匹配方式
  /* Attempt an OF style match first */
  if (of_driver_match_device(dev, drv))
  return 1;
  //第二种匹配方式，ACPI匹配方式
  /* Then try ACPI style match */
  if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
  return 1;
  //第三种匹配方式，id_table匹配
  /* Then try to match against the id table */
  if (pdrv->id_table)
  return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
  //第四种匹配方式：直接比较驱动和设备的name字段
  /* fall-back to driver name match */
  return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

3.2 platform驱动
platform_driver 结构体表示 platform 驱动，此结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中

struct platform_driver {
  //probe函数，当驱动和设备匹配成功后该函数就会执行
  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 *);
  //device_driver结构体类型的driver成员
  struct device_driver driver;
  //id_table表，第三种匹配方式需要用到
  const struct platform_device_id *id_table;
  bool prevent_deferred_probe;
};
/****************************************/
/***** platform_device_id 结构体定义 *****/
struct platform_device_id {
  char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
  kernel_ulong_t driver_data;
};
/****************************************/
/******** device_driver 结构体定义 *******/
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 */
  //of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表
  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;
};
/****************************************/
/******** of_device_id 结构体定义 ********/
struct of_device_id {
  char name[32];
  char type[32];
  char compatible[128]; //通过compatible属性与驱动进行匹配
  const void *data;
};

编写 platform 驱动时，先要定义一个 platform_driver 结构体变量，然后实现结构体
中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及 probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后 probe 函数就会执行，具体的驱动程序在 probe 函数里面编写。
当定义并初始化 platform_driver 结构体变量以后，通过以下函数向内核注册 platform 驱动 和 从内核卸载 platform 驱动

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)
//driver：要注册的 platform 驱动
//返回值：负数,失败； 0,成功
void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)
//drv：要卸载的 platform 驱动

platform 驱动框架如下图所示：platform 驱动并不是独立于字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动之外的其他种类的驱动，它只是为了驱动的分离与分层而提出来的一种框架，其驱动的具体实现还是需要字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动

3.3 platform设备
platform 驱动准备好后，需要 platform 设备。platform_device 结构体表示 platform 设备，需要注意的是：如果内核支持设备树的话，就不再使用 platform_device 来描述设备，而改用设备树了。
platform_device 结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中

struct platform_device {
  const char *name; //设备名字，要和paltform驱动的name字段相同
  int id;
  bool id_auto;
  struct device dev;
  u32 num_resources; //资源数量
  struct resource *resource; //表示资源，即设备信息
  const struct platform_device_id *id_entry;
  char *driver_override; /* Driver name to force a match */
  /* MFD cell pointer */
  struct mfd_cell *mfd_cell;
  /* arch specific additions */
  struct pdev_archdata archdata;
};
/****************************************/
/******** resource 结构体定义 ************/
struct resource {
  resource_size_t start; //资源的起始信息
  resource_size_t end;   //资源的终止信息
  const char *name;  //资源名字
  unsigned long flags;   //资源类型
  struct resource *parent, *sibling, *child;
};

在不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写 platform_device 变量来描述设备信息，然后使用以下函数将设备信息注册到 Linux 内核中或从内核中注销掉

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
//pdev：要注册的 platform 设备
//返回值：负数，失败；0，成功
void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)
//pdev：要注销的 platform 设备

platform 设备信息框架如下图所示