Linux 内核游记 (3)

设备模型

设备

在最底层，Linux系统中的每一个设备都用device结构的一个实例来表示。
结构中比较重要的成员包括

• parent 该设备的"父"设备
• init_name 设备名称
• bus 设备所属的总线
• driver 设备的驱动程序
• driver_data 由驱动使用的私有数据
• devt 设备号
• class 设备所属的类
• groups 设备的属性组
• release 析构函数

可以使用device_create() / device_create_with_groups()创建设备。
相应地，应使用device_destroy()来销毁设备。

使用device_lock() / device_lock_interruptible() / device_trylock()来锁定设备。
相应地使用device_unlock()解锁设备。

使用device_for_each_child() / device_for_each_child_reverse()来遍历子设备。
使用device_find_child()来查找符合特定条件的子设备。
使用dev_name() / dev_set_name()来取得或设定设备的名字。
使用dev_get_drvdata() / dev_set_drvdata()来取得或设定驱动私有数据。
使用device_add_groups() / device_add_group()来增加属性组。
相应地，使用device_remove_groups() / device_remove_group()可移除属性组。

通常只需要使用device_register() / device_unregister()对设备进行注册和移除。
device_is_registered()可以判断设备是否已经被注册。

字符设备

字符设备用cdev结构表示。其成员包括

• owner 所属模块
• ops 文件操作回调函数集
• dev 设备编号
• count 次设备号个数

首先应使用alloc_chrdev_region()为设备分配编号。
然后使用cdev_alloc()创建cdev结构，并使用cdev_init()初始化之。
使用cdev_add()向系统添加该设备。
移除时，应使用cdev_del()，并使用unregister_chrdev_region()释放分配的编号。

块设备

T.B.D.

网络设备

请参考Linux 内核游记 (1)。

驱动程序

设备模型跟踪所有系统所知道的设备。进行跟踪的主要原因是让驱动程序核心协调驱动程序与新设备之间的关系。驱动程序由device_driver结构定义。
结构中比较重要的成员包括

• name 名字
• bus 所属总线
• owner 所属模块
• of_match_table open firmware 匹配表
• acpi_match_table ACPI 匹配表
• probe 当设备和驱动绑定时，调用的回调函数
• remove 当设备和驱动解绑时，调用的回调函数
• shutdown 设备关闭时调用的回调函数
• suspend 设备休眠时调用的回调函数
• resume 设备被唤醒时调用的回调函数
• groups 属性组

driver_for_each_device() 用来遍历设备。
driver_find_device() 用来查找符合特定条件的设备。
driver_add_groups() / driver_remove_groups() 用来添加和移除属性组。
driver_find() 使用名字来查找特定的驱动。

最后driver_register() / driver_unregister() 仍然是这里最常用的函数。

总线

总线是处理器与一个或多个设备之间的通道。在设备模型中，所有的设备都通过总线相连 。
在Linux设备模型中，用bus_type结构表示总线。
结构中比较重要的成员包括

• name 名字
• bus_groups 总线属性组
• dev_groups 设备属性组
• drv_groups 驱动属性组
• match 如果给定的设备与驱动匹配，该回调函数返回值为正，否则为0。
• probe 设备添加到总线时的回调函数
• remove 设备从总线移除时的回调函数
• offline 设备被热拔除时的回调函数
• online 设备从offline状态恢复时的回调函数
• suspend 设备休眠时的回调函数
• resume 设备唤醒时的回调函数
• num_vf 用来查询设备的虚拟功能个数
• dma_configure 用来设置设备的DMA配置

bus_for_each_dev() / bus_for_each_drv() 可遍历设备 / 驱动。
bus_find_device() 可查找设备。
bus_find_device_by_name() 使用名字查找设备。
bus_add_device() / bus_remove_device() 向总线添加或移除设备。
bus_add_driver() / bus_remove_driver() 向总线添加或移除驱动。

当然，还有最常用的bus_register() / bus_unregister() 注册或移除总线。

类

类是一个设备的高层视图，它抽象出了低层的实现细节。例如驱动程序看到的是SCSI磁盘和ATA磁盘，但是在类的层次上，它们都是磁盘而已。类由class结构表示。
结构中比较重要的成员包括

• name 名字
• owner 所属模块
• class_groups 类属性组
• dev_groups 设备属性组
• class_release 类析构函数
• dev_release 设备析构函数

使用class_register() / class_unregister() 注册/移除类。
使用class_create() / class_destroy() 创建/销毁类。
使用class_for_each_device() 遍历设备。
使用class_find_device() 查找设备。

类接口

类接口是一个奇葩的概念。可以把它理解成一种设备加入或者离开时获得信息的触发机制。
类接口由class_interface结构表示，其中的成员包括

• node 链表节点
• class 所对应的类
• add_dev 设备加入时的回调函数
• remove_dev 设备离开时的回调函数

只有两个函数可用于类接口，注册函数class_interface_register()以及移除函数class_interface_unregister()。

属性

几乎在Linux设备模型的每一层都提供了添加属性的函数。属性由attribute结构表示，其成员包括

• name 属性名
• mode 属性权限

设备、驱动、总线和类的属性结构分别是device_attribute、driver_attribute、bus_attribute和class_attribute。其成员包括

• attr attribute结构
• show 显示回调函数
• store 存储回调函数

为了方便属性的创建，内核提供了如下的宏

• XXX_ATTR_RW 创建可读可写属性
• XXX_ATTR_RO 创建只读属性
• XXX_ATTR_WO 创建只写属性

可使用如下函数向设备、驱动、总线或类添加 / 删除属性

• xxx_create_file() 创建属性文件
• xxx_remove_file() 移除属性文件

属性组

多个属性可以组成属性组，这样就可以利用前面提到的属性组相关函数来一次性添加多个属性。属性组由attribute_group结构表示。其主要成员包括

• name 属性组名称(可选)
• attrs 指向属性数组指针，以NULL结尾

内核提供了ATTRIBUTE_GROUPS宏以简化属性组的创建。例如，如下代码创建了仅含一个只读属性type的属性组gnss

static ssize_t type_show(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
				char *buf)
{
	struct gnss_device *gdev = to_gnss_device(dev);

	return sprintf(buf, "%s\n", gnss_type_name(gdev));
}
static DEVICE_ATTR_RO(type);

static struct attribute *gnss_attrs[] = {
	&dev_attr_type.attr,
	NULL,
};
ATTRIBUTE_GROUPS(gnss);

参考资料

关于设备模型这部分的资料真的是很少，即使英文资料大多也是比较旧的，并不能反映内核的最新状态。如果有朋友知道关于这方面的比较新的资料，欢迎在下方评论留言。除阅读内核代码之外，个人认为，目前最好的资料仍然是经典的：

• Linux Device Drivers 中关于设备模型和字符设备的部分
• 内核文档 中关于设备模型的部分