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大家好 我们今天来讲

设备驱动的第三讲设备驱动模型

那么首先我们来讲一下为什么要引入设备驱动模型

由于Linux支持世界上几乎所有的 不同功能的硬件设备

导致Linux内核中有一半的代码是设备驱动 而且

随着硬件的快速升级换代

设备驱动的代码量也快速增长

为了降低设备多样性带来的Linux驱动开发的复杂度

以及设备热插拔处理

电源管理等等

Linux内核提出了设备模型

也称为Driver Model的概念

设备模型将硬件设备归纳

分类 然后抽象出一套标准的数据结构和接口

驱动的开发 就简化为对内核所

规定的数据结构的填充和实现

因此 Linux设备驱动模型是一种抽象

为内核建立起统一的设备模型

其目的是提供一个对系统结构的

一般性抽象描述

Linux设备模型跟踪

所有系统所知道的设备

以便让设备驱动模型的核心程序

协调驱动和新设备之间的关系

Linux设备驱动程序

那么引入目的呢 我们在这块列出一个表

第一个目的呢就是电源管理和系统的关机

设备之间大多数情况下都是有依赖

有耦合的 因此呢要实现电源管理

就必须对系统的设备结构有清楚的理解

应知道先关哪个 然后才能再关哪个

另外呢 Linux设备驱动程序非常的复杂

它提供了一种与用户空间进行通信的机制

也就是sys文件系统

sys虚拟文件系统的实现与设备模型密切相关

并且向外界展示了它所表述的结构

向用户空间所提供的系统信息

以及改变操作参数的接口

就要通过sys文件系统来实现

也就是通过设备模型来实现的

第三个目的呢 是热插拔设备

它处理与用户空间进行热插拔设备的

通信呢是通过设备模型来管理的

第四种呢是设备分类机制

设备模型包括了对设备分类的机制

它会在更高的功能层上描述这些设备

并使得这些设备对用户空间可见

尤其是将命名设备的功能从内核层

转移到了用户层

大大提高了设备管理的灵活性

第五点呢是对象生命周期的管理

设备模型实现一系列机制

以及处理对象的生命周期

对象之间的关系 以及这些对象在用户空间中的表示

简化了编程人员创建和管理对象的工作

下面我们来介绍一下sys文件系统

sys文件系统是一个类似于proc文件系统的特殊文件系统

用于将系统中的设备呢组织成层次结构

并向用户程序提供详细的内核数据信息

也就是说 在用户态下

可以通过对sys文件系统的访问呢

来查看内核态的

一些驱动或者设备等信息

如图呢为sys文件系统的目录以及子目录的信息

下面我们对Linux的设备模型进行一个简要的概述

Linux设备驱动模型使用一系列抽象

也就是面向对象设计思想里头的类

提供统一的设备管理视图

这些抽象包括 总线 类 设备和设备驱动

首先 我们对这几个概念做一个概要的概述

第一个概念就是总线

总线是CPU和一个或多个设备之间信息交互的通道

为了方便设备模型的抽象呢

所有的设备都应该连接到总线上

第二个概念是分类 在Linux设备模型中呢

Class的概念非常类似面向对象程序设计中的Class

它主要是集合具有

相似功能或属性的设备

这样就可以抽象出一套可以在

多个设备之间共用的数据结构和接口函数

因而从属于相同Class的设备的驱动程序

不再需要重新定义这些公共的资源

直接从Class中继承即可

第三种呢是Device设备

抽象系统中所有的硬件设备 描述它的名字

属性 从属的Bus 从属的Class等信息

第四种Device Driver设备驱动

Linux设备模型用Driver抽象硬件设备的驱动程序

它包括设备的初始化

电源管理相关的接口实现

而Linux内核中的驱动开发

基本都围绕该抽象进行

也就是实现所规定的接口函数

下面我们来介绍一下这个模型的

核心对象kobject

那么在这里我们给出了kobject

这个数据结构以及各个字段的含义

kobject结构体是设备驱动模型底层的一个结构体

这个结构体是设备驱动模型下所有对象的

一个基本单元

它是对设备驱动模型下所有对象抽象出来的

共有的部分

kobject结构体提供了一些公共型的服务

比如对象的引用计数

维护对象的链表

对象的上锁

对于用户空间的表示等等

设备驱动模型中各种对象其

内部呢都会包含一个kobject

它的地位呢

相当于面向对象思想中的总基类

第二种对象呢我们介绍一下集合体kset

那么在这里同样给出了这个数据结构

它的各个字段以及具体的含义

kset呢

是嵌入相同类型结构的 kobject 的集合

可以把它看成是一个容器

可将所有相关的kobject对象聚集在一起

比如“全部的块设备”就是一个kset

kset 结构关心的是对象的聚集与集合

它与 kobject 的关系如图所示

第三个对象是具有共同特性的ktype

kobject是一个抽象而基本的对象

对于一族具有共同特性的kobject呢

就是用定义在头文件kobject.h中的ktype来描述

这里给出了这个数据结构的定义以及各个字段的含义

下面呢我们来介绍一种

总线模型 叫做platform平台总线驱动模型

为了解决驱动代码和设备信息耦合

Linux提出了platform bus也就是平台总线的概念

也就是使用虚拟总线

将设备信息和驱动程序进行分离

也就是机制与策略分离的这样一种策略

平台总线呢会维护两条链表

分别管理设备和驱动

当一个设备被注册到总线上的时候呢

总线会根据其名字

搜索对应的驱动

如果找到就将设备信息导入驱动程序并执行驱动

当一个驱动被注册到平台总线的时候呢

总线也会搜索设备

总之 平台总线负责将设备信息和驱动代码进行匹配

这样就可以做到驱动和设备信息的分离

与传统的bus/device/driver机制相比

platform平台由内核进行统一管理

在驱动中使用资源

提高了代码的安全性和移植性

当硬件部分的时序变了或者芯片替换了

我们只需要修改硬件的部分代码

还有一部分代码是属于内核的稳定部分是不需要修改的

这就是一种通用的接口 因此呢

本讲重点讲解platform模型

这里我们给出了platform总线驱动模型的一个图

platform平台总线是一条虚拟总线

其中呢platform_device为相应的设备

platform_driver为相应的驱动

我们首先看一下描述平台的结构

platform_driver

那么在这里给出了这个结构的具体字段

可以看到platform_driver结构体中

包含了probe和remove等相关的操作

同时呢还内嵌了device_driver结构体

那么我们下面就来看一下

描述设备驱动的结构device_driver

从这个结构里头呢我们看到最后一个域指针p呢

它是指向driver_private

这是一个描述驱动私有数据的结构

那么这个结构到底包含哪些字段呢

我们从这个结构中可以看到

无论是从名字上 还是从上面的注释中呢

我们都可以看到呢void *driver_data这个数据结构

就是为了设计用来放置不同驱动的数据的

那么下面我们来看一下描述设备的结构

platform_device结构

那么从这个结构里头呢，我们可以看到

其中呢有一个sturct resource

那么这个数据结构我们在前面I/O空间管理里头呢已经讲过了

在这里我们主要来

给大家讲解一下 设备与驱动呢

如何进行匹配 我们通过一个比喻来给大家来进行一个解释

比如说这个红娘呢就相当于总线

她负责男方比如说设备 女方呢相当于驱动的撮合

那么男方找到红娘以后呢

说我要登记一下 看看有没有合适的姑娘

那么这个时候呢就相当于设备或驱动的注册

红娘这时候需要看看有没有匹配的姑娘

那么这时就是match 函数进行匹配

这个匹配是怎么匹配的呢 就是看name是不是相同

如果没有找到匹配的就告诉

男方没有合适的对象 先等一等 别急

设备和驱动呢就会等待 直到匹配成功

那么终于遇到匹配的呢 那就结婚呐

结完婚呢 男方就向女方交代 他有哪些资源

比如 存款 房子等等

那么这个就相当于我们那个resource结构

女方说好呀 于是去拿钱买东西 比如买书 买衣服呢

那么这个呢就相当于probe函数

匹配成功以后我们驱动执行的第一个函数

那么通过这个例子呢 我们对于设备和

驱动的匹配过程呢有一个感性的认识

下面我们来通过代码说明

设备和驱动 到底是如何匹配的

那么首先是总线来出场

系统为platform总线呢定义了一个bus_type

来实例化platform_bus_type这种结构

系统为platform呢总线定义了一个

bus_type这样一个数据结构

那么我们在这里呢 给它进行实例化

其定义如下

接下来我们看它又是怎么样工作的呢

在platform.c 中呢可以看到注册函数

那么在这个注册函数里头呢 我们看到呢把相关的

函数呢都给挂上去了

然后呢我们看一下设备与驱动匹配的代码

那么在这个代码的

最后呢我们看到呢就是名字的匹配

在 platform_bus_type 中呢调用了

platform_match

基本的匹配规则呢实际上就是名字匹配

设备驱动中呢

引入platform 这个概念呢

隔离了BSP和驱动

在BSP中呢定义platform设备

和设备使用的资源呢

备的具体匹配信息

而在驱动中呢

只需要通过API去获取资源和数据

做到了板相关代码和

驱动代码的分离

使得驱动呢具有更好的可扩展性和

跨平台性

最后我们来给出参考文献

上面介绍了这些基本的知识以后呢

大家通过编写相关代码并进行调试呢

真正地感受这些基础知识

如何具体的应用起来 那么通过

参考资料给出大家如何去编写代码

那么第一个呢参考资料就是《Linux 驱动开发》

网上有大量的详尽的开发资料

在这里给大家推荐一篇

从这个代码里头呢 大家就可以

写出具体的platform这样的一个驱动程序

从这个参考资料中呢我们可以

具体地写出驱动程序并进行调试

最后大家带着疑问来上路

platform平台模型的优势到底是什么

谢谢大家