platform總線是學習linux驅動必須要掌握的一個知識點。

本文參考已發布:Linux 3．14內核

一、概念

嵌入式系統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。

與傳統的bus/device/driver機制相比,platform由內核進行統一管理,在驅動中使用資源,提高了代碼的安全性和可移植性。

二、platform1． 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_driverstruct 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,

成員含義probe當驅動和硬件信息匹配成功之后,就會調用probe函數,驅動所有的資源的注冊和初始化全部放在probe函數中remove硬件信息被移除了,或者驅動被卸載了,全部要釋放,釋放資源的操作就放在該函數中struct device_driver driver內核維護的所有的驅動必須包含該成員,通常driver->name用于和設備進行匹配const struct platform_device_id *id_table往往一個驅動可能能同時支持多個硬件,這些硬件的名字都放在該結構體數組中

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;
};
成員含義const char *name設備的名字,用于和驅動進行匹配的struct device dev內核中維護的所有的設備必須包含該成員,u32 num_resources資源個數struct resource *resource描述資源

struct device dev->release()必須實現,

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． 開發步驟

platform 總線下驅動的開發步驟是:

設備

需要實現的結構體是: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。

Platform_device_add和device_add最主要的區別是多了一步insert_resource(p, r),即將platform資源(resource)添加進內核,由內核統一管理。

驅動

驅動注冊中,需要實現的結構體是:platform_driver 。

在驅動程序的初始化函數中,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

platform_device定義和注冊:

 1 #include

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:

在這里插入圖片描述

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

執行

由結果可知,probe函數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

archrmmach-s5pc100Mach-smdkc100．c
archrmplat-samsung

注冊platform_device

platform_device定義

該數組存放了,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。

四、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,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,初始化驅動的所有資源,讓該驅動生效。

注冊位置

driversasePlatform．c

platform_bus_type的注冊五、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函數何時被調用到?2． probe函數何時被調用到

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。