Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)中device model的介紹以及用法 ，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

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一、什么是 device model?

Linux 的 device model 是一個(gè)旨在統(tǒng)一管理所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模型。

它猶如一棟規(guī)模宏大的建筑：

以 kobject、kset、attribute 等作為基本的建筑材料，

構(gòu)造出支撐驅(qū)動(dòng)世界的 bus、device、driver 三大組件，

最后通過 sysfs 在各種基礎(chǔ)的建筑材料之間建立彼此的互聯(lián)層次關(guān)系，并向外界提供了與建筑內(nèi)設(shè)施進(jìn)行互動(dòng)的文件接口。

device model 有什么作用?

可以將 device 的硬件描述 和 driver 進(jìn)行分離，提升 driver 的代碼復(fù)用率;

可以對 device 進(jìn)行分類;

可以遍歷 device 和 driver;

可以更好地呈現(xiàn)設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系;

可以通過 sysfs 訪問設(shè)備;

可以讓設(shè)備支持熱插拔;

...

為了控制篇幅，本文將重點(diǎn)放在與驅(qū)動(dòng)工程師關(guān)系最緊密的 bus、device、driver 3 個(gè) 組件。

二、device model 的 3 個(gè)核心概念

device model 里有 3 個(gè)核心的概念：

• bus

• device

• driver

什么是 bus?

bus 代表一種總線，例如 I2C、SPI、Usb 等。

bus 是 Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型這種建筑的核心框架，系統(tǒng)中的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)都依附在其周圍。

啟動(dòng)系統(tǒng)后，可以通過 /sys/bus 可以查看系統(tǒng)里當(dāng)前有哪些總線。

bus 由 struct bus_type 來描述：

struct bus_type {  const char *name;  const char *dev_name;  struct device *dev_root;  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);   ...  struct subsys_private *p;  struct lock_class_key lock_key; };

不需要一下子了解各個(gè)成員的作用，用到的時(shí)候再說明。

重點(diǎn)關(guān)注成員：

• int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv)，用于判斷掛在該 bus  上的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)是否匹配的回調(diào)函數(shù);

• int (*probe)(struct device *dev)，如果 bus 具有探測設(shè)備的能力，則會(huì)提供該回調(diào)函數(shù);

• struct subsys_private *p，用于管理 bus 上的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);

注冊 bus 的 api：

int bus_register(struct bus_type *bus);

什么是 device ?

device 代表了某個(gè)設(shè)備。

由 struct device 來描述：

struct device {  struct device *parent;  struct device_private *p;  struct kobject kobj;  const char *init_name;  const struct device_type *type;  struct mutex mutex;  struct bus_type *bus;  struct device_driver *driver;  void *platform_data;  void *driver_data;     ... }

重點(diǎn)關(guān)注成員：

• struct kobject kobj，內(nèi)核對象;

• struct bus_type *bus，設(shè)備所在的總線;

• struct device_driver *driver，和設(shè)備綁定在一起的驅(qū)動(dòng)，如果還沒綁定，則為 NULL;

注冊 device 的 api：

int device_register(struct device *dev)

什么是 driver?

driver 代表了設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

由 struct device_driver 來描述：

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 */  enum probe_type probe_type;   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; };

重點(diǎn)關(guān)注成員：

• struct bus_type *bus;

• int (*probe) (struct device *dev);

值得一提的是，總線控制器也是一種設(shè)備。

例如 I2C 總線控制器這個(gè)設(shè)備，對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)為 I2C controller driver。

而掛在 I2C 總線上的設(shè)備，對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)為 I2C device driver。

注冊 driver 的 api：

int driver_register(struct device_driver *drv);

三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的?

device model 最核心的工作就是維護(hù)這三類抽象的實(shí)例，以及建立它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

bus 如何管理 device 和 driver ?

在 struct bus_type 中有一個(gè) struct subsys_private *p 指針，它負(fù)責(zé)管理掛在 bus  上的所有設(shè)備和驅(qū)動(dòng)，其定義如下：

struct subsys_private {  struct kset subsys;  struct kset *devices_kset;  struct list_head interfaces;  struct mutex mutex;   struct kset *drivers_kset;  struct klist klist_devices;  struct klist klist_drivers;  struct blocking_notifier_head bus_notifier;  unsigned int drivers_autoprobe:1;  struct bus_type *bus;   struct kset glue_dirs;  struct class *class; };

兩個(gè) klist 成員以鏈表的形式將該總線上所有的驅(qū)動(dòng)與設(shè)備鏈接到一起。

struct kset *drivers_kset 和 struct kset *devices_kset  是在向系統(tǒng)注冊當(dāng)前新總線時(shí)動(dòng)態(tài)生成的容納該總線上所有驅(qū)動(dòng)與設(shè)備的 kset。

在內(nèi)核里，用 kobject 來表示一個(gè)對象，kset 則是 kobject set 的縮寫，即內(nèi)核對象集合。

內(nèi)核用 kobject 和 kset 等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為原材料，以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建了 device model 的框架。

最后，device 和 device_driver 的 bus 成員也會(huì)指向總線：

device 和 driver 的綁定

無論是通過 device_register() 注冊一個(gè) device 到 bus 上，

還是通過 driver_register() 注冊一個(gè) device_driver 到 bus 上，

都會(huì)導(dǎo)致 bus 嘗試執(zhí)行 device 和 driver 的綁定行為。

1. device_register() 觸發(fā)的綁定

注冊 device 時(shí)：

int device_register(struct device *dev);  device_add(dev);   bus_probe_device(dev);    __device_attach(dev, true);

__device_attach(dev, true) 會(huì)為 device 遍歷 bus 上的所有 driver：

bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, &data, __device_attach_driver);  driver_match_device(drv, dev);   drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;  driver_probe_device(drv, dev);

driver_match_device() 通過 bus 里的 match 函數(shù)來判斷是否 device 和 driver 是否匹配，

是否 match 的判斷標(biāo)準(zhǔn)一般是通過 of_match_table 或者是 id_table 作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，

以 i2c bus 的 match 函數(shù)為例：

static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) {  struct i2c_client *client = i2c_verify_client(dev);  struct i2c_driver *driver;    /* Attempt an OF style match */  if (i2c_of_match_device(drv->of_match_table, client))   return 1;   /* Then ACPI style match */  if (acpi_driver_match_device(dev, drv))   return 1;   driver = to_i2c_driver(drv);   /* Finally an I2C match */  if (i2c_match_id(driver->id_table, client))   return 1;   return 0; }

一旦 match 成功，就會(huì)調(diào)用 driver_probe_device() 以觸發(fā)探測設(shè)備的行為：

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev);  really_probe(dev, drv);   if (dev->bus->probe) {    ret = dev->bus->probe(dev);   } else if (drv->probe) {    ret = drv->probe(dev);   }

如果 bus 具有探測設(shè)備的能力的話，例如 pci bus， 則會(huì)使用 bus->probe() 探測設(shè)備，

否則，使用 driver->probe() 探測設(shè)備，driver 的 probe 操作跟具體的硬件設(shè)備掛鉤。

2. 由 driver_register() 觸發(fā)的綁定

int driver_register(struct device_driver *drv);  bus_add_driver(drv);   driver_attach(drv);

driver_attach(drv) 會(huì)為 driver 遍歷 bus 上的所有 device：

int driver_attach(struct device_driver *drv);  bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);   __driver_attach();    driver_match_device(drv, dev);    driver_probe_device(drv, dev);

和 device_register() 一樣，最終都會(huì)調(diào)用 driver_match_device(drv, dev)，

進(jìn)而通過 bus 里的 match 函數(shù)來判斷是否 device 和 driver 是否匹配。

同樣地，一旦 match 成功，就會(huì)調(diào)用 driver_probe_device() 以觸發(fā)探測設(shè)備的行為，后續(xù)的操作和注冊設(shè)備時(shí)是一模一樣的。

3. device 和 drvier 的綁定關(guān)系

前面說了綁定是如何被觸發(fā)的，現(xiàn)在來明確一下綁定的具體操作。

對于能成功匹配的 device 和 driver，兩者之間的關(guān)系是 N 對 1，即可以有多個(gè) device 和 1 個(gè) driver 綁定在一起。

對于 device：

其 driver 成員指向已綁定的 device_driver。

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)  really_probe(dev, drv);   dev->driver = drv;

對于 driver：

在 device_driver 里鏈表 klist_devices 保存了該 driver 上已綁定的所有 device。

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)  really_probe(dev, drv);   driver_bound(dev);    klist_add_tail(&dev->p->knode_driver, &dev->driver->p->klist_devices);

在 /driver/base/driver.c 中，提供了一些 api，用于遍歷處理 driver 上綁定的所有 device:

• int driver_for_each_device()

• struct device *driver_find_device()

四、bus、device、driver 最簡單示例

下面的例子，

構(gòu)造了一個(gè)名為 "simple_bus" 的 bus 實(shí)例。

static int sb_match(struct device *dev, struct device_driver *driver) {  return !strncmp(dev_name(dev), driver->name, strlen(driver->name)); }  struct bus_type sb_bus_type = {  .name = "sb",  .match = sb_match, };  static ssize_t version_show(struct bus_type *bus, char *buf) {  return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%s\n", Version); }  static BUS_ATTR_RO(version);  static void sb_dev_release(struct device *dev) { }  int register_sb_device(struct sb_device *sbdev) {     sbdev->dev.bus = &sb_bus_type;  sbdev->dev.release = sb_dev_release;     dev_set_name(&sbdev->dev, sbdev->name);     return device_register(&sbdev->dev); } EXPORT_SYMBOL(register_sb_device);  void unregister_sb_device(struct sb_device *sbdev) {  device_unregister(&sbdev->dev); } EXPORT_SYMBOL(unregister_sb_device);  static int sb_drv_probe(struct device *dev) {  printk(KERN_INFO"sb_drv probe %s\n", dev_name(dev));  return 0; }  int register_sb_driver(struct sb_driver *sdrv) {  sdrv->driver.bus = &sb_bus_type;  sdrv->driver.probe = &sb_drv_probe;  return driver_register(&sdrv->driver); } EXPORT_SYMBOL(register_sb_driver);  void unregister_sb_driver(struct sb_driver *driver) {  driver_unregister(&driver->driver); } EXPORT_SYMBOL(unregister_sb_driver);  static int __init sb_bus_init(void) {  int ret;   ret = bus_register(&sb_bus_type);  if (ret) {   printk(KERN_ERR "Unable to register sb bus, failure was %d\n",ret);   return ret;  }  if (bus_create_file(&sb_bus_type, &bus_attr_version))   printk(KERN_ERR "Unable to create version attribute\n");  return 0; }  static void sb_bus_exit(void) {  bus_unregister(&sb_bus_type); }  module_init(sb_bus_init); module_exit(sb_bus_exit);

xxx_chip.c：注冊4個(gè)名為 "chipX" 的 device

struct xxx_chip {  char devname[20];  struct sb_device sdev; };  int chipdev_num = 4; struct xxx_chip *chipdev;  static void chip_register_dev(struct xxx_chip *dev, int index) {  snprintf(dev->devname, sizeof(dev->devname), "chip%d", index);  dev->sdev.name = dev->devname;  dev_set_drvdata(&dev->sdev.dev, dev);  register_sb_device(&dev->sdev); }  int chip_init(void) {     int i;      chipdev = kmalloc(chipdev_num*sizeof (struct xxx_chip), GFP_KERNEL);      memset(chipdev, 0, chipdev_num*sizeof (struct xxx_chip));     for (i = 0; i < chipdev_num; i++) {   chip_register_dev(chipdev + i, i);  }      return 0; }  void chip_cleanup(void) {     int i;     for (i = 0; i < chipdev_num; i++) {   unregister_sb_device(&chipdev[i].sdev);  }     kfree(chipdev); }  module_init(chip_init); module_exit(chip_cleanup);

xxx_chip_drv.c：注冊1個(gè)名為 "chip" 的 driver

static struct sb_driver sculld_driver = {  .driver = {   .name = "chip",  }, };  int xxx_chipdrv_init(void) {     return register_sb_driver(&sculld_driver); }  void xxx_chipdrv_cleanup(void) {     unregister_sb_driver(&sculld_driver); }  module_init(xxx_chipdrv_init); module_exit(xxx_chipdrv_cleanup);

運(yùn)行效果：

root@buildroot:~# insmod simple_bus.ko  root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb /sys/bus/sb ├── devices ├── drivers ├── drivers_autoprobe ├── drivers_probe ├── uevent └── version  root@buildroot:~# insmod xxx_chip.ko  root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb /sys/bus/sb ├── devices │   ├── chip0 -> ../../../devices/chip0 │   ├── chip1 -> ../../../devices/chip1 │   ├── chip2 -> ../../../devices/chip2 │   └── chip3 -> ../../../devices/chip3 ├── drivers ├── drivers_autoprobe ├── drivers_probe ├── uevent └── version  root@buildroot:~# insmod xxx_chip_drv.ko sb_drv probe chip0 sb_drv probe chip1 sb_drv probe chip2 sb_drv probe chip3  root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb /sys/bus/sb ├── devices │   ├── chip0 -> ../../../devices/chip0 │   ├── chip1 -> ../../../devices/chip1 │   ├── chip2 -> ../../../devices/chip2 │   └── chip3 -> ../../../devices/chip3 ├── drivers │   └── chip │       ├── bind │       ├── chip0 -> ../../../../devices/chip0 │       ├── chip1 -> ../../../../devices/chip1 │       ├── chip2 -> ../../../../devices/chip2 │       ├── chip3 -> ../../../../devices/chip3 │       ├── uevent │       └── unbind ├── drivers_autoprobe ├── drivers_probe ├── uevent └── version

通過打印信息可知，device 和 driver 經(jīng)由 bus 判斷是否 match 之后，執(zhí)行了 driver 的 probe()  函數(shù)，符合我們前面的分析。

五、小結(jié)

Linux 的 device model 是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。

從一個(gè)比較高的層次來看，主要由總線、設(shè)備和驅(qū)動(dòng)構(gòu)成。

內(nèi)核為了實(shí)現(xiàn)這些組件間的相關(guān)關(guān)系，定義了 kobject 和 kset 這樣的基礎(chǔ)底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后通過 sysfs  文件系統(tǒng)向用戶空間展示發(fā)生在內(nèi)核空間中的各組件間的互聯(lián)層次關(guān)系，并以文件系統(tǒng)接口的方式為用戶空間程序提供了訪問內(nèi)核對象屬性信息的簡易方法。

看完上述內(nèi)容是否對您有幫助呢？如果還想對相關(guān)知識有進(jìn)一步的了解或閱讀更多相關(guān)文章，請關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝您對創(chuàng)新互聯(lián)的支持。

本文題目：Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)中devicemodel的介紹以及用法
文章出自：http://www.rwnh.cn/article2/gopgoc.html

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