0723 linux中设备与驱动关联

1、对于Linux驱动开发来说，设备模型的理解是根本，顾名思义设备模型是关于设备的模型，设备的概念就是总线和与其相连的各种设备了。

总线、设备、驱动，也就是bus、device、driver，在内核里都会有它们自己专属的结构，在include/linux/device.h 里定义。

首先是总线，bus_type.

struct bus_type {

const char *name; --总线名

struct bus_attribute *bus_attrs; --总线属性

struct device_attribute *dev_attrs; --总线设备属性

struct driver_attribute *drv_attrs; --总线驱动属性

以下的函数会在设备注册或驱动注册的时候调用。

int (*match)(struct device *dev, struct device_driver*drv); --实现设备与驱动的匹配。不同的总线实现匹配的方法不同，如platform总线采用name匹配，而usb_bus采用id匹配

int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);

int (*probe)(struct device*dev); --在2.6的内核中实现一个设备与驱动的探测。主要是因为热插拔的设备的增多。

int (*remove)(struct device*dev); --移除设备

void (*shutdown)(struct device*dev); --关闭设备

int (*suspend)(struct device *dev,pm_message_t state);

int (*suspend_late)(struct device *dev, pm_message_t state);

int (*resume_early)(struct device*dev);

int (*resume)(struct device *dev);

struct dev_pm_ops*pm; --电源管理

struct bus_type_private *p; --bus_type私有成员，这个结构体中主要包括了kset以及klist，用于管理其挂载其总线下的设备和驱动

};

下面是设备device的定义：

struct device {

struct device * parent; //父设备，一般一个bus也对应一个设备。

struct kobject kobj;//代表自身

char bus_id[BUS_ID_SIZE];

struct bus_type * bus; /* 所属的总线 */

struct device_driver *driver; /* 匹配的驱动*/

void *driver_data; /* data private to the driver 指向驱动 */

void *platform_data; /* Platform specific data，由驱动定义并使用*/

///更多字段忽略了

};

下面是设备驱动定义：

struct device_driver {

const char * name;

struct bus_type * bus;//所属总线

struct completion unloaded;

struct kobject kobj;//代表自身

struct klist klist_devices;//设备列表

struct klist_node knode_bus;

struct module * owner;

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);

};

我们会发现，struct bus_type中有成员struct ksetdrivers 和struct ksetdevices，同时struct
device中有两个成员struct bus_type * bus和struct device_driver *driver ， struct device_driver中有两个成员struct bus_type*bus和structk listklist_devices。struct device中的bus表示这个设备连到哪个总线上，driver表示这个设备的驱动是什么，struct device_driver中的bus表示这个驱动属于哪个总线，klist_devices表示这个驱动都支持哪些设备，因为这里device是复数，又是list，更因为一个驱动可以支持多个设备，而一个设备只能绑定一个驱动。当然，struct
bus_type中的drivers和devices分别表示了这个总线拥有哪些设备和哪些驱动。

还有上面device 和driver结构里出现的kobject 结构是什么？kobject 和kset 都是Linux 设备模型中最基本的元素。一般来说应该这么理解，整个Linux 的设备模型是一个OO 的体系结构，总线、设备和驱动都是其中鲜活存在的对象，kobject 是它们的基类，所实现的只是一些公共的接口，kset 是同种类型kobject 对象的集合，也可以说是对象的容器。

（ps：Linux2.6内核以后引入新的设备驱动模型，设备驱动模型的基础数据结构主要有KObject和KSet，Kset顾名思义应该是一个集合（比如说总线集、设备驱动集合、设备集合），KObject顾名思义应该是具体的一个事物（比如说总线、驱动、设备），KSet就是KObject的集合，通过这两个结构体来表征总线、设备、设备驱动之间的层次关系。而完成设备驱动具体功能主要由总线、设备驱动、设备三个结构体以及其中的功能函数。）

那么总线、设备和驱动之间是如何关联的呢？

先说说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就要向总线汇报，或者说注册，每次出现一个驱动，也要向总线汇报，或者说注册。比如系统初始化的时候，会扫描连接了哪些设备，并为每一个设备建立起一个struct device 的变量，每一次有一个驱动程序，就要准备一个struct device_driver 结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表，device 插入devices
链表，driver 插入drivers 链表。这样通过总线就能找到每一个设备，每一个驱动。

设备和驱动又是如何联系？

原来是把每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了，插放在它应该在的位置上，然后计算机启动，然后操作系统开始初始化，总线开始扫描设备，每找到一个设备，就为其申请一个struct device 结构，并且挂入总线中的devices 链表中来，然后每一个驱动程序开始初始化，开始注册其struct device_driver 结构，然后它去总线的devices 链表中去寻找(遍历)，去寻找每一个还没有绑定驱动的设备，struct
device 中的struct device_driver 指针仍为空的设备，然后它会去观察这种设备的特征，看是否是他所支持的设备，如果是，那么调用一个叫做device_bind_driver 的函数，然后他们就结为了秦晋之好。换句话说，把struct device 中的struct device_driver driver 指向这个驱动，而struct device_driver driver 把struct device 加入他的那struct klist klist_devices链表中来。就这样，bus、device
和driver，这三者之间或者说他们中的两两之间，就给联系上了。知道其中之一，就能找到另外两个。

但现在情况变了，出现了一种新的名词，叫热插拔。设备可以在计算机启动以后在插入或者拔出计算机了。设备可以在任何时刻出现，而驱动也可以在任何时刻被加载，所以，出现的情况就是，每当一个struct device 诞生，它就会去bus 的drivers链表中寻找自己的另一半，反之，每当一个struct device_driver 诞生，它就去bus的devices 链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的，那么OK，和之前那种情况一下，调device_bind_driver
绑定好。如果找不到，没有关系，等待吧！

我们编写一个设备驱动，首先需要考虑的这个设备驱动是属于那个总线的，是USB总线、PCI总线还是I2C总线或者是其他设备总线。一个设备不管是手动或者自动安装到系统时，会首先向系统注册，系统会根据设备驱动的总线类型（设备驱动结构体中已经定义好）找到对应的设备总线，然后将设备驱动加到对应总线的驱动KSet中去，即将当前设备驱动KObject加入到对应总线的KSet中去，当新的设备插入系统时，系统也会根据硬件连接判断设备属于那个总线，然后遍历总线下驱动KSet，通过驱动探测函数匹配设备驱动（匹配条件如设备的ID），如果找到设备驱动程序，就将该设备加入总线的设备KSet中，并修改设备结构体中设备驱动程序指针，将设备和设备驱动程序关联起来，如果没有找到匹配设备驱动，就仅仅将设备加入到总线的设备KSet中，没有关联的设备驱动程序。由此可见总线KObject包含设备KSet和设备驱动KSet。

总线驱动也属于内核模块，因此在编写具体总线驱动时，也需要完成module_init和module_exit接口。在Linux驱动模型中，总线也被看做设备，因此在编写总线的驱动时，需要同时实现总线接口和设备接口。