一文教你Linux驱动-platform总线详解

2021-02-04 14:37

一口Linux

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platform总线是学习linux驱动必须要掌握的一个知识点。

本文参考已发布:Linux 3．14内核

一、概念

嵌入式系统中有很多的物理总线:I2c、SPI、USB、uart、PCIE、APB、AHB

linux从2．6起就加入了一套新的驱动管理和注册的机制platform平台总线,是一条虚拟的总线,并不是一个物理的总线。

相比 PCI、USB,它主要用于描述SOC上的片上资源。platform 所描述的资源有一个共同点:在CPU 的总线上直接取址。

平台设备会分到一个名称(用在驱动绑定中)以及一系列诸如地址和中断请求号(IRQ)之类的资源。

设备用platform_device表示,驱动用platform_driver进行注册。

与传统的bus/device/driver机制相比,platform由内核进行统一管理,在驱动中使用资源,提高了代码的安全性和可移植性。

二、platform1． platform总线两个最重要的结构体

platform维护的所有的驱动都必须要用该结构体定义:

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;
};

该结构体,用于注册驱动到platform总线,

成员含义probe当驱动和硬件信息匹配成功之后,就会调用probe函数,驱动所有的资源的注册和初始化全部放在probe函数中remove硬件信息被移除了,或者驱动被卸载了,全部要释放,释放资源的操作就放在该函数中struct device_driver driver内核维护的所有的驱动必须包含该成员,通常driver->name用于和设备进行匹配const struct platform_device_id *id_table往往一个驱动可能能同时支持多个硬件,这些硬件的名字都放在该结构体数组中

我们编写驱动的时候往往需要填充以上几个成员

platform_device

platform总线用于描述设备硬件信息的结构体,包括该硬件的所有资源(io,memory、中断、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;
};
成员含义const char *name设备的名字,用于和驱动进行匹配的struct device dev内核中维护的所有的设备必须包含该成员,u32 num_resources资源个数struct resource *resource描述资源

struct device dev->release()必须实现,

其中描述硬件信息的成员struct resource

0x139d0000

struct resource {
resource_size_t start; //表示资源的起始值,
resource_size_t end; //表示资源的最后一个字节的地址, 如果是中断,end和satrt相同
const char *name; // 可不写
unsigned long flags; //资源的类型
struct resource *parent, *sibling, *child;
};
flags的类型说明
#define IORESOURCE_MEM 0x00000200 //内存
#define IORESOURCE_IRQ 0x00000400 //中断

内核管理的所有的驱动,都必须包含一个叫struct device_driver成员, //男性描述的硬件,必须包含struct device结构体成员。 //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;

用于和硬件进行匹配。

内核描述硬件,必须包含struct device结构体成员:

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);

不能为空。

2．如何注册

要用注册一个platform驱动的步骤

1)注册驱动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) 注册设备platform_driver_register

#define platform_driver_register(drv)
__platform_driver_register(drv, THIS_MODULE)

三、举例

1．开发步骤

platform 总线下驱动的开发步骤是:

设备

需要实现的结构体是:platform_device 。

1)初始化 resource 结构变量

2)初始化 platform_device 结构变量

3)向系统注册设备:platform_device_register。

以上三步,必须在设备驱动加载前完成,即执行platform_driver_register()之前,原因是驱动注册时需要匹配内核中所有已注册的设备名。

platform_driver_register()中添加device到内核最终还是调用的device_add函数。

Platform_device_add和device_add最主要的区别是多了一步insert_resource(p, r),即将platform资源(resource)添加进内核,由内核统一管理。

驱动

驱动注册中,需要实现的结构体是:platform_driver 。

在驱动程序的初始化函数中,调用了platform_driver_register()注册 platform_driver 。

需要注意的是:platform_driver 和 platform_device 中的 name 变量的值必须是相同的【在不考虑设备树情况下,关于设备树,后面会写新的文章详细讲述】。

这样在 platform_driver_register() 注册时,会将当前注册的 platform_driver 中的 name 变量的值和已注册的所有 platform_device 中的 name 变量的值进行比较,只有找到具有相同名称的 platform_device 才能注册成功。

当注册成功时,会调用 platform_driver 结构元素 probe 函数指针。

实例1

本例比较简单,只用于测试platform_driver 和platform_device是否可以匹配成功。

左边是platform_device结构体注册的代码,右边是platform_driver结构体注册的代码。

platform_driver 定义和注册:

1 #include

platform_device定义和注册:

1 #include

该程序只用于测试platform框架是否可以成功匹配,struct platform_device hello_device 并没有设置任何硬件信息。

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

该makefile可以同时将两个C文件编译成ko文件。

编译:

编译

编译生成的文件:

在这里插入图片描述

加载模块

清空log信息
sudo dmesg -c

匹配成功实例2

给结构体platform_device 增加硬件信息,并在内核中能够读取出来。本例向结构体hello_device 增加信息如下:

基址寄存器地址0x139d0000,该地址的空间是0x4中断号199【注意】实际的内核中会把外设的中断号根据HW id(通常soc厂商设备soc的时候会给每一个中断源定义好唯一的ID)计算出一个新的中断号,该中断号会被cpu所识别。

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);
//注册中断、申请内存
return 0;
}

重新编译,卸载第一个例子的模块,并清除log:

make
sudo rmmod device
sudo rmmod driver
sudo dmesg -c

执行

由结果可知,probe函数正确读取到了硬件信息。

四、platform_device是如何管理的?1．没有设备树

在没有设备树的时候,以三星Cortex-A8 s5pc100为例,硬件信息放在以下位置

archrmmach-s5pc100Mach-smdkc100．c
archrmplat-samsung

注册platform_device

platform_device定义

该数组存放了,内核启动需要初始化的硬件的信息。

2．如果有设备树

内核会有设备初始化的完整代码,会在内核启动的时候把设备树信息解析初始化,把硬件信息初始化到对应的链表中。在总线匹配成功后,会把硬件的信息传递给probe()函数。

四、总线相关的其他的知识点

1．内核总线相关结构体变量

内核维护的所有的总线都需要用以下结构体注册一个变量。

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总线变量的定义struct bus_type platform_bus_type定义如下:

struct bus_type platform_bus_type = {
．name = "platform",
．dev_groups = platform_dev_groups,
．match = platform_match,
．uevent = platform_uevent,
．pm = &platform_dev_pm_ops,
};

其中最重要的成员是**．match**。

当有设备的硬件信息注册到platform_bus_type 总线的时候,会遍历所有platform总线维护的驱动,通过名字来匹配,如果相同,就说明硬件信息和驱动匹配,就会调用驱动的platform_driver ->probe函数,初始化驱动的所有资源,让该驱动生效。

当有设备的驱动注册到platform_bus_type 总线的时候,会遍历所有platform总线维护的硬件信息,通过名字来匹配,如果相同,就说明硬件信息和驱动匹配,就会调用驱动的platform_driver ->probe函数,初始化驱动的所有资源,让该驱动生效。

注册位置

driversasePlatform．c