Linux 的设备模型#

数据结构#

在内核中使用结构体bus_type来表示总线，如下所示：

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;
    const struct iommu_ops *iommu_ops;
    struct subsys_private *p;
    struct lock_class_key lock_key;
};

• name :指定总线的名称，当新注册一种总线类型时，会在/sys/bus目录创建一个新的目录，目录名就是该参数的值；
• drvgroups、devgroups、busgroups :分别表示驱动、设备以及总线的属性。这些属性可以是内部变量、字符串等等。通常会在对应的/sys目录下在以文件的形式存在，对于驱动而言，在目录/sys/bus//driver/存放了设备的默认属性；设备则在目录/sys/bus//devices/中。这些文件一般是可读写的，用户可以通过读写操作来获取和设置这些attribute的值。
• match :当向总线注册一个新的设备或者是新的驱动时，会调用该回调函数。该回调函数主要负责判断是否有注册了的驱动适合新的设备，或者新的驱动能否驱动总线上已注册但没有驱动匹配的设备；
• uevent :总线上的设备发生添加、移除或者其它动作时，就会调用该函数，来通知驱动做出相应的对策。
• probe :当总线将设备以及驱动相匹配之后，执行该回调函数,最终会调用驱动提供的probe函数。
• remove :当设备从总线移除时，调用该回调函数；
• suspend、resume :电源管理的相关函数，当总线进入睡眠模式时，会调用suspend回调函数；而resume回调函数则是在唤醒总线的状态下执行；
• pm :电源管理的结构体，存放了一系列跟总线电源管理有关的函数，与devicedriver结构体中的pmops有关；
• p :该结构体用于存放特定的私有数据，其成员klistdevices和klist_drivers记录了挂载在该总线的设备和驱动；

注册/注销总线#

• 内核中提供了bus_register函数来注册总线 (/drivers/base/bus. c）

int bus_register(struct bus_type *bus);

参数： bus: bus_type 类型的结构体指针 返回值：

• 成功： 0
• 失败： 负数

• 内核中提供了bus_unregister函数来注销总线 (/drivers/base/bus.c)

void bus_unregister(struct bus_type *bus);

参数： bus 类型的结构体指针 返回值： 无

当我们成功注册总线时，会在/sys/bus/目录下创建一个新目录，目录名为我们新注册的总线名。bus目录中包含了当前系统中已经注册了的所有总线，例如i2c，spi，platform等。我们看到每个总线目录都拥有两个子目录devices和drivers， 分别记录着挂载在该总线的所有设备以及驱动。

数据结构#

内核使用device结构体来描述我们的物理设备，如下所示:

struct device {
		const char *init_name;
        struct device           *parent;
        struct bus_type *bus;
        struct device_driver *driver;
        void            *platform_data;
        void            *driver_data;
        struct device_node      *of_node;
        dev_t                   devt;
        struct class            *class;
		void (*release)(struct device *dev);
        const struct attribute_group **groups;  /* optional groups */
		struct device_private   *p;
};

• init_name :指定该设备的名称，总线匹配时，一般会根据比较名字，来进行配对；
• parent :表示该设备的父对象，前面提到过，旧版本的设备之间没有任何关联，引入Linux设备模型之后，设备之间呈树状结构，便于管理各种设备；
• bus :表示该设备依赖于哪个总线，当我们注册设备时，内核便会将该设备注册到对应的总线。
• of_node :存放设备树中匹配的设备节点。当内核使能设备树，总线负责将驱动的of_match_table以及设备树的compatible属性进行比较之后，将匹配的节点保存到该变量。
• platform_data :特定设备的私有数据，通常定义在板级文件中；
• driver_data :同上，驱动层可通过dev_set/get_drvdata函数来获取该成员；
• class :指向了该设备对应类，开篇我们提到的触摸，鼠标以及键盘等设备，对于计算机而言，他们都具有相同的功能，都归属于输入设备。我们可以在/sys/class目录下对应的类找到该设备，如input、leds、pwm等目录;
• dev 类型变量，字符设备章节提及过，它是用于标识设备的设备号，该变量主要用于向/sys目录中导出对应的设备。
• release :回调函数，当设备被注销时，会调用该函数。如果我们没定义该函数时，移除设备时，会提示“Device ‘xxxx’ does not have a release() function, it is broken and must be fixed”的错误。
• group :指向struct attribute_group类型的指针，指定该设备的属性；

注册/注销设备#

• 内核中提供了 device_register 函数来注册设备 (/driver/base/core.c）

int device_register(struct device *dev);

参数： dev device结构体类型指针 返回值：

• 成功： 0
• 失败： 负数

• 内核中提供了 device_unregister 函数来注销设备 (/driver/base/core. c）

void device_unregister(struct device *dev);

参数： dev device结构体类型指针 返回值： 无

当成功注册总线时，会在/sys/bus目录下创建对应总线的目录，该目录下有两个子目录，分别是drivers和devices， 我们使用device_register注册的设备从属于某个总线时，该总线的devices目录下便会存在该设备文件。

数据结构#

在内核中，使用device_driver结构体来描述我们的驱动，如下所示：

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);
        const struct attribute_group **groups;
        struct driver_private *p;
};

• name :指定驱动名称，总线进行匹配时，利用该成员与设备名进行比较；

• bus :表示该驱动依赖于哪个总线，内核需要保证在驱动执行之前，对应的总线能够正常工作；

• suppress_bind_attrs :布尔量，用于指定是否通过sysfs导出bind与unbind文件，bind与unbind文件是驱动用于绑定/解绑关联的设备。

• owner :表示该驱动的拥有者，一般设置为THIS_MODULE；

• of_match_table :指定该驱动支持的设备类型。当内核使能设备树时，会利用该成员与设备树中的compatible属性进行比较。

• remove :当设备从操作系统中拔出或者是系统重启时，会调用该回调函数；

• probe :当驱动以及设备匹配后，会执行该回调函数，对设备进行初始化。通常的代码，都是以main函数开始执行的，但是在内核的驱动代码，都是从probe函数开始的。

• group :指向struct attribute_group类型的指针，指定该驱动的属性；

注册/注销驱动#

内核提供了driver_register函数以及driver_unregister函数来注册/注销驱动，成功注册的驱动会记录在/sys/bus/<bus>/drivers目录，函数原型如下所示：

• 注册驱动

int driver_register(struct device_driver *drv);

参数： drv device_driver结构体类型指针 返回值：

• 成功： 0
• 失败： 负数

• 注销驱动

void driver_unregister(struct device_driver *drv);

参数： drv device_drive结构体类型指针 返回值： 无