那年，学习《Linux内核修炼之道》——设备模型（下）

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设备模型拍得再玄幻，它也只是个模型，必须得落实在具体的子系统，否则就只能抱着个最佳技术奖空遗恨。既然前面已经以USB子系统的实现分析示例了分析内核源码应该如何入手，那么这里就仍然以USB子系统为例，看看设备模型是如何软着陆的。

内核中USB子系统的结构

我们已经知道了USB子系统的代码都位于drivers/usb目录下面，也认识了一个很重要的目录——core子目录。现在，我们再来看一个很重要的模块——usbcore。你可以使用“lsmod”命令看一下，在显示的结果里能够找到有一个模块叫做usbcore。

localhost:/usr/src/linux-2.6.23/drivers/usb/core # lsmod
Module                  Size  Used by
af_packet              55820  2
raw                    89504  0
nfs                   230840  2
lockd                  87536  2 nfs
nfs_acl                20352  1 nfs
sunrpc                172360  4 nfs,lockd,nfs_acl
ipv6                  329728  36
button                 24224  0
battery                27272  0
ac                     22152  0
apparmor               73760  0
aamatch_pcre           30720  1 apparmor
loop                   32784  0
usbhid                 60832  0
dm_mod                 77232  0
ide_cd                 57120  0
hw_random              22440  0
ehci_hcd               47624  0
cdrom                  52392  1 ide_cd
uhci_hcd               48544  0
shpchp                 61984  0
bnx2                  157296  0
usbcore               149288  4 usbhid,ehci_hcd,uhci_hcd
e1000                 130872  0
pci_hotplug            44800  1 shpchp
reiserfs              239616  2
edd                    26760  0
fan                    21896  0
⋯⋯

找到了usbcore那一行吗？core就是核心，基本上你要在你的电脑里用USB设备，那么两个模块是必须的：一个是usbcore，这就是核心模块；另一个是主机控制器的驱动程序，比如这里usbcore那一行我们看到的ehci_hcd和uhci_hcd，你的USB设备要工作，合适的USB主机控制器模块也是必不可少的。

usbcore负责实现一些核心的功能，为别的设备驱动程序提供服务，提供一个用于访问和控制USB硬件的接口，而不用去考虑系统当前存在哪种主机控制器。至于core、主机控制器和USB驱动三者之间的关系，如下图所示。

USB驱动和主机控制器就像core的两个保镖，协议里也说了，主机控制器的驱动（HCD）必须位于USB软件的最下一层。HCD提供主机控制器硬件的抽象，隐藏硬件的细节，在主机控制器之下是物理的USB及所有与之连接的USB设备。而HCD只有一个客户，对一个人负责，就是usbcore。usbcore将用户的请求映射到相关的HCD，用户不能直接访问HCD。

core为咱们完成了大部分的工作，因此咱们写USB驱动的时候，只能调用core的接口，core会将咱们的请求发送给相应的HCD。

USB子系统与设备模型

关于设备模型，最主要的问题就是，bus、device、driver是如何建立联系的？换言之，这三个数据结构中的指针是如何被赋值的？绝对不可能发生的事情是，一旦为一条总线申请了一个struct bus_type的数据结构之后，它就知道它的devices链表和drivers链表会包含哪些东西，这些东西一定不会是先天就有的，只能是后天填进来的。

具体到USB子系统，完成这个工作的就是USB core。USB core的代码会进行整个USB系统的初始化，比如申请struct bus_type usb_bus_type，然后会扫描USB总线，看线上连接了哪些USB设备，或者说Root Hub上连了哪些USB设备，比如说连了一个USB键盘，那么就为它准备一个struct device，根据它的实际情况，为这个struct device赋值，并插入devices链表中来。

又比如Root Hub上连了一个普通的Hub，那么除了要为这个Hub本身准备一个struct device以外，还得继续扫描看这个Hub上是否又连了别的设备，有的话继续重复之前的事情，这样一直进行下去，直到完成整个扫描，最终就把usb_bus_type中的devices链表给建立了起来。

那么drivers链表呢？这个就不用bus方面主动了，而该由每一个driver本身去bus上面登记，或者说挂牌。具体到USB子系统，每一个USB设备的驱动程序都会对应一个struct usb_driver结构，其中有一个struct device_driver driver成员，USB core为每一个设备驱动准备了一个函数，让它把自己的这个struct device_driver driver插入到usb_bus_type中的drivers链表中去。而这个函数正是我们此前看到的usb_register。而与之对应的usb_deregister所从事的正是与之相反的工作，把这个结构体从drivers链表中删除。

而struct bus_type结构的match函数在USB子系统里就是usb_device_match函数，它充当了一个红娘的角色，在USB总线的USB设备和USB驱动之间牵线搭桥，类似于交大BBS上的鹊桥版，虽然它们上面的条件都琳琅满目的，但明显这里match的条件不是那么的苛刻，要更为实际些。

可以说，USB core的确是用心良苦，为每一个USB设备驱动做足了功课，正因为如此，作为一个实际的USB设备驱动，它在初始化阶段所要做的事情就很少，很简单了，直接调用usb_register即可。事实上，没有人是理所当然应该为你做什么的，但USB core这么做了。所以每一个写USB设备驱动的人应该铭记，USB设备驱动绝不是一个人在工作，在他身后，是USB core所提供的默默无闻又不可或缺的支持。