Linux驱动开发—在自己总线下注册设备和驱动
书接上回:Linux驱动开发—创建总线，创建属性文件-CSDN博客
创建完总线，就可以进行本次实验了
文章目录
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- 前备知识
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- 如何引用导出的符号
- 在总线下注册设备
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- device_register 函数解析
- 使用示例
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- 关键点：
- 实验结果
- 在总线下注册驱动
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- driver_register 函数解析
- 使用示例
- 实验结果
- 总线，设备，设备驱动 三者完整代码
- 加载设备和加载驱动没有先后顺序
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- 1. 设备与驱动的动态匹配
- 2. 总线的 `match` 机制
- 3. 延迟匹配
前备知识
在 Linux 内核编程中，EXPORT_SYMBOL_GPL 用于将符号（例如变量、函数）导出到内核符号表中，使其可以被其他内核模块或驱动程序引用和使用。具体来说：
EXPORT_SYMBOL_GPL(symbol_name)：将指定的符号（如结构体、函数等）导出，并且只允许那些以 GPL 许可证发布的模块使用该符号。这意味着该符号只能被 GPL 兼容的模块引用和使用。
导出符号的机制使得一个模块可以将某些符号公开给其他模块使用，而不需要将所有的实现都暴露出来。这对于模块化开发和代码复用非常有用。
如何引用导出的符号
如果一个符号通过 EXPORT_SYMBOL_GPL 导出，在另一个模块中可以直接使用这个符号，而无需显式地声明或定义它。为了使用导出的符号：
- 确保使用该符号的模块也使用 GPL 兼容的许可证。
- 在使用符号的模块中包含相关的头文件（如果符号在头文件中声明了）。
- 直接在代码中使用这个符号，编译器会自动解析并链接到导出的符号。
在总线下注册设备
内核中，已经提供了一个API供开发者来调用，具体为device_register
device_register 函数解析
device_register 是 Linux 内核中用于注册设备的函数。它将一个设备结构体 (struct device) 注册到系统中，使其成为内核设备模型的一部分。设备模型用于管理和组织设备与驱动程序的关系，并提供设备的层次结构和电源管理等功能。
主要功能包括：
- 初始化设备:
- 调用
device_initialize函数来初始化设备结构体。这包括为设备分配引用计数、初始化设备锁、设置设备状态等。
- 调用
- 添加设备:
- 调用
device_add函数将设备添加到内核设备模型中。device_add会将设备插入到设备树（或设备层次结构）中，并执行设备的其他初始化操作，如为设备创建 sysfs 节点、触发uevent以通知用户空间有新设备加入等。
- 调用
- 错误处理:
- 如果在设备添加过程中发生错误，
device_register会执行适当的清理操作，以确保没有资源泄漏。
- 如果在设备添加过程中发生错误，
函数定义：
int device_register(struct device *dev);
参数说明：
dev: 这是一个指向 struct device 结构体的指针，表示要注册的设备。该结构体包含了设备的基本信息，如设备名称、设备所属的总线、父设备、设备类等。
使用示例
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// my_bus 模块中的bus_type 已经导出到了内核符号表，在这里可以直接调用
extern struct bus_type my_bus_type;
void device_release(struct device *dev){
printk("This is device release");
}
struct device mydev = {
.init_name = "my_device",
.bus = &my_bus_type,
.release = device_release,
.devt = ((255<<20|0)),
};
static int __init my_bus_device_init(void)
{
int ret;
// 往系统中注册一个设备结构体
device_register(&mydev);
return ret;
}
static void __exit my_bus_device_exit(void)
{
device_unregister(&mydev);
}
module_init(my_bus_device_init);
module_exit(my_bus_device_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");
关键点：
device结构体中包括了众多字段，一般只需要关注：名称，所属于的总线，释放函数，设备号…
其中所属的总线，上文曾提到注册总线的方法，总线模块中已经包含了bus_type， 设备类中没必要再写一遍，可以导出bus_type内核符号，让设备模块进行调用即可。
导出方式：EXPORT_SYMBOL_GPL
//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {
.name = "my_bus",
.match = my_bus_match,
.probe = my_bus_probe,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_bus_type);
引用方式：extern struct bus_type my_bus_type;
因此，一定要先加载总线模块，再加载设备模块，才能调用成功
实验结果
注：在sys目录查看某些文件，需要全路径，才能查看。
在总线下注册驱动
内核中，已经提供了一个API供开发者来调用，具体为driver_register
driver_register 函数解析
它是内核设备驱动模型中的核心函数之一，用于将驱动程序与内核设备模型关联起来，并将其挂载到对应的总线上。
函数定义：
int driver_register(struct device_driver *drv);
主要功能：
1.检查参数有效性：
- 检查传入的
drv是否有效，如果drv为NULL或者它的某些关键字段（如name和bus）未被正确设置，driver_register会返回错误。
2.初始化驱动程序结构体：
- 初始化
drv->kobj，它是用于内核对象模型 (kobject) 管理的内核对象。这一步是为了将驱动程序挂载到内核的sysfs文件系统中，便于用户空间和内核空间的交互。
3.将驱动程序添加到对应总线：
- 通过调用
bus_add_driver函数，将驱动程序添加到它所属的总线（drv->bus）上。每个总线都有一组已注册的驱动程序，这一步将驱动程序加入到总线的驱动程序列表中。
4.触发设备与驱动的匹配：
- 在驱动程序被成功添加到总线后，内核会尝试匹配总线上已经存在的设备与新注册的驱动程序。如果匹配成功，则调用驱动程序的
probe函数来初始化设备。
参数说明：
传入的参数为struct device_driver，主要字段有 名称，probe函数，remove函数，所在的总线…
使用示例
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// my_bus 模块中的bus_type 已经导出到了内核符号表，在这里可以直接调用
extern struct bus_type my_bus_type;
static int my_drv_probe (struct device *dev){
printk("This is my driver probe function\n");
return 0;
};
static int my_drv_remove (struct device *dev){
printk("This is my driver remove function\n");
return 0;
}
struct device_driver my_device_drv = {
.name = "my_device", //与设备名称保持一致。 因为需要根据名称进行匹配。
.bus = &my_bus_type,
.probe = my_drv_probe,
.remove = my_drv_remove,
};
static int __init my_bus_drv_init(void)
{
int ret;
ret = driver_register(&my_device_drv);
return ret;
}
static void __exit my_bus_drv_exit(void)
{
driver_unregister(&my_device_drv);
}
module_init(my_bus_drv_init);
module_exit(my_bus_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Marxist");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus drv registration");
实验结果
看到指向设备的符号链接，这表明该驱动已经与设备成功匹配并绑定。
总线，设备，设备驱动 三者完整代码
总线：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//进行名称匹配
static int my_bus_match (struct device *dev, struct device_driver *drv){
printk("match success\n");
return (strcmp(dev_name(dev),drv->name)==0);
}
static int my_bus_probe(struct device *dev){
printk("new device probe success\n");
struct device_driver *drv = dev->driver;
if(drv->probe){
drv->probe(dev);
}
return 0;
}
//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {
.name = "my_bus",
.match = my_bus_match,
.probe = my_bus_probe,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(my_bus_type);
// 在总线目录下创建属性文件 与 kobject 创建属性文件 类似
static ssize_t my_bus_show(struct bus_type *bus, char *buf) {
return sprintf(buf, "Hello from the bus attribute!\n");
}
static ssize_t my_bus_store(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count) {
pr_info("Received from userspace: %s\n", buf);
return count;
}
static BUS_ATTR(my_bus_attr, 0664, my_bus_show, my_bus_store);
static int __init my_bus_init(void)
{
int ret;
// 注册总线
ret = bus_register(&my_bus_type);
if (ret)
return ret;
// 添加属性文件到总线
ret = bus_create_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);
if (ret)
bus_unregister(&my_bus_type);
return ret;
}
static void __exit my_bus_exit(void)
{
// 移除属性文件
bus_remove_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);
bus_unregister(&my_bus_type);
}
module_init(my_bus_init);
module_exit(my_bus_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");
设备
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// my_bus 模块中的bus_type 已经导出到了内核符号表，在这里可以直接调用
extern struct bus_type my_bus_type;
void device_release(struct device *dev){
printk("This is device release");
}
struct device mydev = {
.init_name = "my_device",
.bus = &my_bus_type,
.release = device_release,
.devt = ((255<<20|0)),
};
static int __init my_bus_device_init(void)
{
int ret;
// 往系统中注册一个设备结构体
device_register(&mydev);
return ret;
}
static void __exit my_bus_device_exit(void)
{
device_unregister(&mydev);
}
module_init(my_bus_device_init);
module_exit(my_bus_device_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");
驱动
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// my_bus 模块中的bus_type 已经导出到了内核符号表，在这里可以直接调用
extern struct bus_type my_bus_type;
static int my_drv_probe (struct device *dev){
printk("This is my driver probe function\n");
return 0;
};
static int my_drv_remove (struct device *dev){
printk("This is my driver remove function\n");
return 0;
}
struct device_driver my_device_drv = {
.name = "my_device", //与设备名称保持一致。 因为需要根据名称进行匹配。
.bus = &my_bus_type,
.probe = my_drv_probe,
.remove = my_drv_remove,
};
static int __init my_bus_drv_init(void)
{
int ret;
ret = driver_register(&my_device_drv);
return ret;
}
static void __exit my_bus_drv_exit(void)
{
driver_unregister(&my_device_drv);
}
module_init(my_bus_drv_init);
module_exit(my_bus_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Marxist");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus drv registration");
注：先加载设备 或者先加载驱动都可以
加载设备和加载驱动没有先后顺序
在 Linux 内核中，设备和驱动的加载顺序可以任意（即设备可以先加载，驱动也可以先加载），这得益于内核设备驱动模型的设计灵活性
1. 设备与驱动的动态匹配
无论是设备还是驱动，内核都会在合适的时机进行匹配和绑定：
- 设备先加载：
- 如果设备先加载，内核会将设备添加到设备列表中并挂载到对应的总线下。
- 当驱动稍后加载时，内核会遍历总线上的所有设备，尝试匹配这些设备和新加载的驱动程序。如果匹配成功，会调用驱动的
probe函数来初始化设备。
- 驱动先加载：
- 如果驱动先加载，内核会将驱动添加到驱动列表中并挂载到对应的总线下。
- 当设备稍后加载时，内核会遍历总线上的所有驱动程序，尝试匹配这些驱动程序和新加载的设备。如果匹配成功，会同样调用驱动的
probe函数来初始化设备。
2. 总线的 match 机制
每个总线都有自己的 match 机制，通常由总线的 match 函数实现（例如，I2C 总线、SPI 总线等）。这个 match 函数负责根据设备和驱动的属性（如名字、ID等）进行匹配。一旦匹配成功，设备和驱动就会绑定，并调用 probe 函数。
这种 match 机制的灵活性保证了不论设备和驱动的加载顺序，匹配和绑定都可以在任何一方加载完成后自动完成。
3. 延迟匹配
如果在设备加载时，尚无与之匹配的驱动程序，设备会处于未绑定状态，等待驱动程序的加载。同样地，如果驱动程序加载时，尚无与之匹配的设备，驱动程序也会处于未绑定状态，直到设备加载并匹配成功。这种机制被称为“延迟匹配”，确保设备和驱动可以在合适的时间进行匹配。