硬编码式的驱动开发带来的问题:
垃圾代码太多
结构不清晰
一些统一设备功能难以支持
开发效率低下
struct device来表示一个具体设备,主要提供具体设备相关的资源(如寄存器地址、GPIO、中断等等)
struct device_driver来表示一个设备驱动,一个驱动可以支持多个操作逻辑相同的设备
带来的问题-------怎样将二者进行关联(匹配)?
硬件上同一总线上的设备遵循一致的时序通信,在其基础上增加管理设备和驱动的软件功能
于是引入总线(bus),各种总线的核心框架由内核来实现,通信时序一般由SOC供应商支持
内核中用struct bus_type来表示一种总线,总线可以是实际存在的总线,也可以是虚拟总线:
实际总线:提供时序通信方式 + 管理设备和驱动
虚拟总线:仅用来管理设备和驱动(最核心的作用之一就是完成设备和驱动的匹配)
理解方式:
设备:提供硬件资源——男方
驱动:提供驱动代码——女方
总线:匹配设备和驱动——婚介所:提供沟通机制,完成拉郎配
初期方案,各种device需要编码方式注册进内核中的设备管理结构中,为了进一步减少这样的编码,引进设备树
struct device
{
struct bus_type *bus; //总线类型
dev_t devt; //设备号
struct device_driver *driver; //设备驱动
struct device_node *of_node;//设备树中的节点,重要
void (*release)(struct device *dev);//删除设备,重要
//.......
};
struct device_driver
{
const char *name; //驱动名称,匹配device用,重要
struct bus_type *bus; //总线类型
struct module *owner; //模块THIS_MODULE
const struct of_device_id *of_match_table;//用于设备树匹配 of_match_ptr(某struct of_device_id对象地址) 重要
//......
};
每种总线上的设备的device和device_driver都是总线的子类
struct of_device_id
{
char name[32];//设备名
char type[32];//设备类型
char compatible[128]; //用于device和driver的match,重点
};
//用到结构体数组,一般不指定大小,初始化时最后加{}表示数组结束
platform是一种虚拟总线,主要用来管理那些不需要时序通信的设备
什么是Platform Bus?
在计算机中有这样一类设备,它们通过各自的设备控制器,直接和CPU连接,CPU可以通过常规的寻址操作访问它们(或者说访问它们的控制器)。这种连接方式,并不属于传统意义上的总线连接。但设备模型应该具备普适性,因此Linux就虚构了一条Platform Bus,供这些设备挂靠。
基本结构图:
Linux设备模型的核心思想是(通过xxx手段,实现xxx目的):
1. 用Device(struct device)和Device Driver(struct device_driver)两个数据结构,分别从“有什么用”和“怎么用”两个角度描述硬件设备。这样就统一了编写设备驱动的格式,使驱动开发从论述题变为填空体,从而简化了设备驱动的开发。
2. 同样使用Device和Device Driver两个数据结构,实现硬件设备的即插即用(热拔插)。
在Linux内核中,只要任何Device和Device Driver具有相同的名字,内核就会执行Device Driver结构中的初始化函数(probe),该函数会初始化设备,使其为可用状态。
而对大多数热拔插设备而言,它们的Device Driver一直存在内核中。当设备没有插入时,其Device结构不存在,因而其Driver也就不执行初始化操作。当设备插入时,内核会创建一个Device结构(名称和Driver相同),此时就会触发Driver的执行。这就是即插即用的概念。
3. 通过"Bus-->Device”类型的树状结构解决设备之间的依赖,而这种依赖在开关机、电源管理等过程中尤为重要。试想,一个设备挂载在一条总线上,要启动这个设备,必须先启动它所挂载的总线。很显然,如果系统中设备非常多、依赖关系非常复杂的时候,无论是内核还是驱动的开发人员,都无力维护这种关系。
而设备模型中的这种树状结构,可以自动处理这种依赖关系。启动某一个设备前,内核会检查该设备是否依赖其它设备或者总线,如果依赖,则检查所依赖的对象是否已经启动,如果没有,则会先启动它们,直到启动该设备的条件具备为止。而驱动开发人员需要做的,就是在编写设备驱动时,告知内核该设备的依赖关系即可。
4. 使用Class结构,在设备模型中引入面向对象的概念,这样可以最大限度地抽象共性,减少驱动开发过程中的重复劳动,降低工作量。
继承了 struct device,可以通过name或者id_entry进行匹配
struct platform_device
{
const char *name; //匹配用的名字
int id;//设备id,用于在该总线上同名的设备进行编号,如果只有一个设备,则为-1
struct device dev; //设备模块必须包含该结构体
struct resource *resource;//资源结构体 指向资源数组
u32 num_resources;//资源的数量 资源数组的元素个数
const struct platform_device_id *id_entry;//设备八字
};
可以通过name或者driver_data匹配,常用name
struct platform_device_id
{
char name[20];//匹配用名称
kernel_ulong_t driver_data;//需要向驱动传输的其它数据
};
总的资源
struct resource
{
resource_size_t start; //资源起始位置
resource_size_t end; //资源结束位置
const char *name;
unsigned long flags; //区分资源是什么类型的
};
#define IORESOURCE_MEM 0x00000200
#define IORESOURCE_IRQ 0x00000400
/*
flags 指资源类型,我们常用的是 IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IRQ 这两种。start 和 end 的含义会随着 flags而变更,如
a -- flags为IORESOURCE_MEM 时,start 、end 分别表示该platform_device占据的内存的开始地址和结束值;注意不同MEM的地址值不能重叠
b -- flags为 IORESOURCE_IRQ 时,start 、end 分别表示该platform_device使用的中断号的开始地址和结束值
*/
开发device方法
/**
*注册:把指定设备添加到内核中平台总线的设备列表,等待匹配,匹配成功则回调驱动中probe;
*/
int platform_device_register(struct platform_device *);
/**
*注销:把指定设备从设备列表中删除,如果驱动已匹配则回调驱动方法和设备信息中的release;
*/
void platform_device_unregister(struct platform_device *);
获取platform_device.resource,其中num不是数组下标,如下图如果想使用第三个mem,num对应2
struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *dev,unsigned int type, unsigned int num);
/*
功能:获取设备资源
参数:dev:平台驱动
type:获取的资源类型
num:对应类型资源的序号(如第0个MEM、第2个IRQ等,不是数组下标)
返回值:成功:资源结构体首地址,失败:NULL
*/
继承了 struct device_driver,driver中的name可以用于匹配
struct platform_driver
{
int (*probe)(struct platform_device *);//设备和驱动匹配成功之后调用该函数
int (*remove)(struct platform_device *);//设备卸载了调用该函数
void (*shutdown)(struct platform_device *); //关机时调用
int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); //休眠时调用,可协助省电
int (*resume)(struct platform_device *); //唤醒时调用
struct device_driver driver;//内核里所有的驱动必须包含该结构体
const struct platform_device_id *id_table; //能够支持的设备八字数组,用到结构体数组,一般不指定大小,初始化时最后加{}表示数组结束
};
开发platform_driver
int platform_driver_register(struct platform_driver*pdrv);
/*
功能:注册平台设备驱动
参数:pdrv:平台设备驱动结构体
返回值:成功:0
失败:错误码
*/
void platform_driver_unregister(struct platform_driver*pdrv);
4.1 名称匹配:一个驱动只对应一个设备 ----- 优先级最低(name)
4.2 id匹配(可想象成八字匹配):一个驱动可以对应多个设备 ------优先级次低
device模块中,id的name成员必须与struct platform_device中的name成员内容一致
因此device模块中,struct platform_device中的name成员必须指定
driver模块中,struct platform_driver成员driver的name成员必须指定,但与device模块中name可以不相同
4.3 设备树匹配:内核启动时根据设备树自动产生的设备 ------ 优先级最高(不需要开发)
使用compatible属性进行匹配,注意设备树中compatible属性值不要包含空白字符
注意:id_table可不设置,但struct platform_driver成员driver的name成员必须设置
test_device.c
/*platform device框架*/
#include
#include
#include
#include
//定义资源数组
static void device_release(struct device *dev)
{
printk("platform: device release\n");
}
struct platform_device test_device = {
.id = -1,
.name = "test_device",//必须初始化
.dev.release = device_release,
};
static int __init platform_device_init(void)
{
platform_device_register(&test_device);
return 0;
}
static void __exit platform_device_exit(void)
{
platform_device_unregister(&test_device);
}
module_init(platform_device_init);
module_exit(platform_device_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
test_deriver.c
/*platform driver框架*/
#include
#include
#include
#include
static int driver_probe(struct platform_device *dev)
{
printk("platform: match ok!\n");
return 0;
}
static int driver_remove(struct platform_device *dev)
{
printk("platform: driver remove\n");
return 0;
}
struct platform_driver test_driver = {
.probe = driver_probe,
.remove = driver_remove,
.driver = {
.name = "test_device", //必须初始化
},
};
static int __init platform_driver_init(void)
{
platform_driver_register(&test_driver);
return 0;
}
static void __exit platform_driver_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&test_driver);
}
module_init(platform_driver_init);
module_exit(platform_driver_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
修改Makefile
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
ifeq ($(ARCH),arm)
KERNELDIR ?= /home/linux/Linux_4412/kernel/linux-3.14
ROOTFS ?= /opt/4412/rootfs
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
endif
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS) modules_install
clean:
rm -rf *.o *.ko .*.cmd *.mod.* modules.order Module.symvers .tmp_versions
else
CONFIG_MODULE_SIG=n
obj-m += test_device.o
obj-m += test_driver.o
endif
测试
test_device.c
/*platform device框架*/
#include
#include
#include
#include
//<---------------设计成数组形式
struct resource test_dev_res [] =
{
[0] = {.start = 0x1000, .end = 0x1003, .name = "reg1", .flags = IORESOURCE_MEM},
[1] = {.start = 0x2000, .end = 0x2003, .name = "reg2", .flags = IORESOURCE_MEM},
[2] = {.start = 10, .end = 10, .name = "irq1", .flags = IORESOURCE_IRQ}, //中断号10
[3] = {.start = 0x3000, .end = 0x3003, .name = "reg3", .flags = IORESOURCE_MEM},
[4] = {.start = 100, .end = 100, .name = "irq2", .flags = IORESOURCE_IRQ},
[5] = {.start = 62, .end = 62, .name = "irq3", .flags = IORESOURCE_IRQ},
};
//定义资源数组
static void device_release(struct device *dev)
{
printk("platform: device release\n");
}
struct platform_device test_device = {
.id = -1,
.name = "test_device",//必须初始化
.dev.release = device_release,
.resource = test_dev_res, //<---------------
.num_resources = ARRAY_SIZE(test_dev_res), //<--------------- 相当于n = sizeof/sizeof(t)
};
static int __init platform_device_init(void)
{
platform_device_register(&test_device);
return 0;
}
static void __exit platform_device_exit(void)
{
platform_device_unregister(&test_device);
}
module_init(platform_device_init);
module_exit(platform_device_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
test_driver.c
/*platform driver框架*/
#include
#include
#include
#include
static int driver_probe(struct platform_device *dev)
{
struct resource * pres = NULL; //<----------
printk("platform: match ok!\n");
pres = platform_get_resource(dev,IORESOURCE_MEM,2); //2理解为第3个MEM <-----------
printk("res.start = 0x%x\n",(unsigned int)pres->start);
pres = platform_get_resource(dev,IORESOURCE_IRQ,1); //1理解为第2个IRQ <-----------
printk("res.start = %d\n",(int)pres->start);
return 0;
}
static int driver_remove(struct platform_device *dev)
{
printk("platform: driver remove\n");
return 0;
}
struct platform_driver test_driver = {
.probe = driver_probe,
.remove = driver_remove,
.driver = {
.name = "test_device", //必须初始化
},
};
static int __init platform_driver_init(void)
{
platform_driver_register(&test_driver);
return 0;
}
static void __exit platform_driver_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&test_driver);
}
module_init(platform_driver_init);
module_exit(platform_driver_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
测试驱动访问硬件资源
后续把init中的实现功能放在probe中,把exit实现的功能放在remove中,便形成了驱动代码
fs4412_led_device.c(在test_device.c基础上修改)
/*platform device框架*/
#include
#include
#include
#include
#include "leddrv.h"
#define GPX1CON 0x11000C20
#define GPX1DAT 0x11000C24
#define GPX2CON 0x11000C40
#define GPX2DAT 0x11000C44
#define GPF3CON 0x114001E0
#define GPF3DAT 0x114001E4
//<---------------修改寄存器地址
struct resource fs4412led_dev_res [] =
{
[0] = {.start = GPX1CON, .end = GPX1CON+3, .name = "GPX1CON", .flags = IORESOURCE_MEM},
[1] = {.start = GPX1DAT, .end = GPX1DAT+3, .name = "GPX1DAT", .flags = IORESOURCE_MEM},
[2] = {.start = GPX2CON, .end = GPX2CON+3, .name = "GPX2CON", .flags = IORESOURCE_MEM},
[3] = {.start = GPX2DAT, .end = GPX2DAT+3, .name = "GPX2DAT", .flags = IORESOURCE_MEM},
[4] = {.start = GPF3CON, .end = GPF3CON+3, .name = "GPF3CON", .flags = IORESOURCE_MEM},
[5] = {.start = GPF3DAT, .end = GPF3DAT+3, .name = "GPF3DAT", .flags = IORESOURCE_MEM},
};
//定义资源数组
static void fs4412led_dev_release(struct device *dev)
{
printk("platform: fs4412led_dev_release is called\n");
}
struct platform_device fs4412led_device = {
//.id = -1,
.name = "fs4412led",//必须初始化
.dev.release = fs4412led_dev_release,
.resource = fs4412led_dev_res,
.num_resources = ARRAY_SIZE(fs4412led_dev_res),
};
static int __init fs4412led_dev_init(void)
{
platform_device_register(&fs4412led_device);
return 0;
}
static void __exit fs4412led_dev_exit(void)
{
platform_device_unregister(&fs4412led_device);
}
module_init(fs4412led_dev_init);
module_exit(fs4412led_dev_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
fs4412_led_driver.c(在leddrv.c基础上修改并增加自动mknod)
/*platform driver框架*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "leddrv.h"
int major = 11;
int minor = 0;
int myled_num = 1;
struct myled_dev
{
struct cdev mydev;
volatile unsigned long *pled2_con;
volatile unsigned long *pled2_dat;
volatile unsigned long *pled3_con;
volatile unsigned long *pled3_dat;
volatile unsigned long *pled4_con;
volatile unsigned long *pled4_dat;
volatile unsigned long *pled5_con;
volatile unsigned long *pled5_dat;
/*
volatile 防止优化。对这块指针指向的内存,有时候cpu会把外设寄存器中的值读到内部寄存器中,方便下次读的时候更快.加了voltatile就不会优化,否则cpu可能会从内部寄存器中读取,而不是去外设寄存器中读取。
*/
struct class *cls; //<-----------------
struct device *dvs; //<-----------------
};
struct myled_dev *pgmydev = NULL;
int myled_open(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{
pfile->private_data =(void *) (container_of(pnode->i_cdev,struct myled_dev,mydev));
return 0;
}
int myled_close(struct inode *pnode,struct file *pfile)
{
return 0;
}
void led_on(struct myled_dev *pmydev,int ledno)
{
switch(ledno)
{
case 2:
writel(readl(pmydev->pled2_dat) | (0x1 << 7),pmydev->pled2_dat);
break;
case 3:
writel(readl(pmydev->pled3_dat) | (0x1),pmydev->pled3_dat);
break;
case 4:
writel(readl(pmydev->pled4_dat) | (0x1 << 4),pmydev->pled4_dat);
break;
case 5:
writel(readl(pmydev->pled5_dat) | (0x1 << 5),pmydev->pled5_dat);
break;
}
}
void led_off(struct myled_dev *pmydev,int ledno)
{
switch(ledno)
{
case 2:
writel(readl(pmydev->pled2_dat) & (~(0x1 << 7)),pmydev->pled2_dat);
break;
case 3:
writel(readl(pmydev->pled3_dat) & (~(0x1)),pmydev->pled3_dat);
break;
case 4:
writel(readl(pmydev->pled4_dat) & (~(0x1 << 4)),pmydev->pled4_dat);
break;
case 5:
writel(readl(pmydev->pled5_dat) & (~(0x1 << 5)),pmydev->pled5_dat);
break;
}
}
long myled_ioctl(struct file *pfile,unsigned int cmd,unsigned long arg)
{
struct myled_dev *pmydev = (struct myled_dev *)pfile->private_data;
if(arg < 2 || arg > 5)
{
return -1;
}
switch(cmd)
{
case MY_LED_ON:
led_on(pmydev,arg);
break;
case MY_LED_OFF:
led_off(pmydev,arg);
break;
default:
return -1;
}
return 0;
}
void ioremap_ledreg(struct myled_dev *pmydev,struct platform_device *p_pltdev)
{
struct resource *pres = NULL;
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,2);
pmydev->pled2_con = ioremap(pres->start,4);
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,3);
pmydev->pled2_dat = ioremap(pres->start,4);
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,0);
pmydev->pled3_con = ioremap(pres->start,4);
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,1);
pmydev->pled3_dat = ioremap(pres->start,4);
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,4);
pmydev->pled4_con = ioremap(pres->start,4);
pres = platform_get_resource(p_pltdev,IORESOURCE_MEM,5);
pmydev->pled4_dat = ioremap(pres->start,4);
pmydev->pled5_con = pmydev->pled4_con;
pmydev->pled5_dat = pmydev->pled4_dat;
}
void iounmap_ledreg(struct myled_dev *pmydev)
{
iounmap(pmydev->pled2_con);
pmydev->pled2_con = NULL;
iounmap(pmydev->pled2_dat);
pmydev->pled2_dat = NULL;
iounmap(pmydev->pled3_con);
pmydev->pled3_con = NULL;
iounmap(pmydev->pled3_dat);
pmydev->pled3_dat = NULL;
iounmap(pmydev->pled4_con);
pmydev->pled4_con = NULL;
iounmap(pmydev->pled4_dat);
pmydev->pled4_dat = NULL;
pmydev->pled5_con = NULL;
pmydev->pled5_dat = NULL;
}
void set_output_ledconreg(struct myled_dev *pmydev)
{
writel((readl(pmydev->pled2_con) & (~(0xF << 28))) | (0x1 << 28),pmydev->pled2_con);
writel((readl(pmydev->pled3_con) & (~(0xF))) | (0x1),pmydev->pled3_con);
writel((readl(pmydev->pled4_con) & (~(0xF << 16))) | (0x1 << 16),pmydev->pled4_con);
writel((readl(pmydev->pled5_con) & (~(0xF << 20))) | (0x1 << 20),pmydev->pled5_con);
writel(readl(pmydev->pled2_dat) & (~(0x1 << 7)),pmydev->pled2_dat);
writel(readl(pmydev->pled3_dat) & (~(0x1)),pmydev->pled3_dat);
writel(readl(pmydev->pled4_dat) & (~(0x1 << 4)),pmydev->pled4_dat);
writel(readl(pmydev->pled5_dat) & (~(0x1 << 5)),pmydev->pled5_dat);
}
struct file_operations myops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = myled_open,
.release = myled_close,
.unlocked_ioctl = myled_ioctl,
};
static int fs4412led_driver_probe(struct platform_device *p_pltdev)
{
int ret = 0;
dev_t devno = MKDEV(major,minor);
/*申请设备号*/
ret = register_chrdev_region(devno,myled_num,"myled");
if(ret)
{
ret = alloc_chrdev_region(&devno,minor,myled_num,"myled");
if(ret)
{
printk("get devno failed\n");
return -1;
}
major = MAJOR(devno);//容易遗漏,注意
}
pgmydev = (struct myled_dev *)kmalloc(sizeof(struct myled_dev),GFP_KERNEL);
if(NULL == pgmydev)
{
unregister_chrdev_region(devno,myled_num);
printk("kmalloc failed\n");
return -1;
}
memset(pgmydev,0,sizeof(struct myled_dev)); //这里的memset并非c库的函数,而是内核自己实现的memset函数
/*给struct cdev对象指定操作函数集*/
cdev_init(&pgmydev->mydev,&myops);
/*将struct cdev对象添加到内核对应的数据结构里*/
pgmydev->mydev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&pgmydev->mydev,devno,myled_num);
/*ioremap*/
ioremap_ledreg(pgmydev,p_pltdev);
/*con-register set output*/
set_output_ledconreg(pgmydev);
pgmydev->cls = class_create(THIS_MODULE, "myled"); //<-----------------
if(IS_ERR(pgmydev->cls))
{
printk("class_create failed\n");
cdev_del(&pgmydev->mydev);
unregister_chrdev_region(devno,myled_num);
return -1;
}
pgmydev->dvs = device_create(pgmydev->cls, NULL, devno, NULL,"myled"); //<-----------------
if(pgmydev->dvs == NULL)
{
printk("device_create failed\n");
class_destroy(pgmydev->cls);
cdev_del(&pgmydev->mydev);
unregister_chrdev_region(devno,myled_num);
return -1;
}
return 0;
}
static int fs4412led_driver_remove(struct platform_device *dev)
{
dev_t devno = MKDEV(major,minor);
/*iounmap*/
iounmap_ledreg(pgmydev);
cdev_del(&pgmydev->mydev);
unregister_chrdev_region(devno,myled_num);
kfree(pgmydev);
pgmydev = NULL;
printk("platform: driver remove\n");
return 0;
}
struct platform_driver fs4412led_driver = {
.probe = fs4412led_driver_probe,
.remove = fs4412led_driver_remove,
.driver = {
.name = "fs4412led", //必须初始化
},
};
static int __init fs4412led_driver_init(void)
{
platform_driver_register(&fs4412led_driver);
return 0;
}
static void __exit fs4412led_driver_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&fs4412led_driver);
return;
}
module_init(fs4412led_driver_init);
module_exit(fs4412led_driver_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
Makefile
ifeq ($(KERNELRELEASE),)
ifeq ($(ARCH),arm)
KERNELDIR ?= /home/linux/Linux_4412/kernel/linux-3.14
ROOTFS ?= /opt/4412/rootfs
else
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
endif
PWD := $(shell pwd)
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules INSTALL_MOD_PATH=$(ROOTFS) modules_install
clean:
rm -rf *.o *.ko .*.cmd *.mod.* modules.order Module.symvers .tmp_versions
else
CONFIG_MODULE_SIG=n
obj-m += fs4412_led_device.o
obj-m += fs4412_led_driver.o
endif
编译
测试