platform设备驱动全透析
2012-12-21 16:37
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1.platform总线、设备与驱动
在Linux 3.x 的设备驱动模型中,关心总线、设备和驱动这3个实体,总线将设备和驱动绑定。在系统每注册一个设备的时候,会寻找与之匹配的驱动;相反的,在系统每注册一个驱动的时候,会寻找与之匹配的设备,而匹配由总线完成。一个现实的Linux设备和驱动通常都需要挂接在一种总线上,对于本身依附于PCI、USB、I2 C、SPI等的设备而言,这自然不是问题,但是在嵌入式系统里面,SoC系统中集成的独立的外设控制器、挂接在SoC内存空间的外设等确不依附于此类总线。基于这一背景,Linux发明了一种虚拟的总线,称为platform总线,相应的设备称为platform_device,而驱动成为platform_driver。
注意,所谓的platform_device并不是与字符设备、块设备和网络设备并列的概念,而是Linux系统提供的一种附加手段,例如,在S3C6410处理器中,把内部集成的I2 C、RTC、SPI、LCD、看门狗等控制器都归纳为platform_device,而它们本身就是字符设备。platform_device结构体的定义如下所示。
struct platform_device { const char * name; int id; 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; };
platform_driver这个结构体中包含probe()、remove()、shutdown()、suspend()、resume()函数,通常也需要由驱动实现,如下所示:
struct 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; };
系统中为platform总线定义了一个bus_type的实例platform_bus_type,其定义如下:
struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", .dev_attrs = platform_dev_attrs, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .pm = &platform_dev_pm_ops, }; EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);
这里要重点关注其match()成员函数,正是此成员表明了platform_device和platform_driver之间如何匹配,其代码如下:
/** * platform_match - bind platform device to platform driver. * @dev: device. * @drv: driver. * * Platform device IDs are assumed to be encoded like this: * "<name><instance>", where <name> is a short description of the type of * device, like "pci" or "floppy", and <instance> is the enumerated * instance of the device, like '0' or '42'. Driver IDs are simply * "<name>". So, extract the <name> from the platform_device structure, * and compare it against the name of the driver. Return whether they match * or not. */ static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) { struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev); struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv); /* Attempt an OF style match first */ if (of_driver_match_device(dev, drv)) return 1; /* Then try to match against the id table */ if (pdrv->id_table) return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL; /* fall-back to driver name match */ return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0); }
从代码清单可以看出,匹配platform_device和platform_driver主要看二者的name字段是否相同。
对platform_device的定义通常在BSP的板文件中实现,在板文件中,将platform_device归纳为一个数组,最终通过platform_add_devices()函数统一注册。platform_add_devices()函数可以将平台设备添加到系统中,这个函数的原型为:
/** * platform_add_devices - add a numbers of platform devices * @devs: array of platform devices to add * @num: number of platform devices in array */ int platform_add_devices(struct platform_device **devs, int num) { int i, ret = 0; for (i = 0; i < num; i++) { ret = platform_device_register(devs[i]); if (ret) { while (--i >= 0) platform_device_unregister(devs[i]); break; } } return ret; } EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_add_devices);
该函数的第一个参数为平台设备数组的指针,第二个参数为平台设备的数量,它内部调用了platform_device_register()函数用于注册单个的平台设备。
2. 将globalfifo作为platform设备(举例)
现在我们将前面章节的globalfifo驱动挂接到platform总线上,要完成2个工作:1. 将globalfifo移植为platform驱动。
2. 在板文件中添加globalfifo这个platform设备。
为完成将globalfifo移植到platform驱动的工作,需要在原始的globalfifo字符设备驱动中套一层platform_driver的外壳,如代码清单5。注意进行这一工作后,并没有改变globalfifo是字符设备的本质,只是将其挂接到了platform总线。
代码清单5 为globalfifo添加platform_driver
static int __devinit globalfifo_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0); /* 申请设备号*/ if (globalfifo_major) ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo"); else { /* 动态申请设备号 */ ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalfifo"); globalfifo_major = MAJOR(devno); } if (ret < 0) return ret; /* 动态申请设备结构体的内存*/ globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL); if (!globalfifo_devp) { /*申请失败*/ ret = - ENOMEM; goto fail_malloc; } memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev)); globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0); init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem); /*初始化信号量*/ init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); /*初始化读等待队列头*/ init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); /*初始化写等待队列头*/ return 0; fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1); return ret; }
static int __devexit globalfifo_remove(struct platform_device *pdev) { cdev_del(&globalfifo_devp->cdev); /*注销cdev*/ kfree(globalfifo_devp); /*释放设备结构体内存*/ unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1); /*释放设备号*/ return 0; }
static struct platform_driver globalfifo_device_driver = { .probe = globalfifo_probe, .remove = __devexit_p(globalfifo_remove), .driver = { .name = "globalfifo", .owner = THIS_MODULE, } };
static int __init globalfifo_init(void) { return platform_driver_register(&globalfifo_device_driver); } static void __exit globalfifo_exit(void) { platform_driver_unregister(&globalfifo_device_driver); } module_init(globalfifo_init); module_exit(globalfifo_exit);
在代码清单5中,模块加载和卸载函数仅仅通过platform_driver_register()、platform_driver_unregister()函数进行platform_driver的注册与注销,而原先注册和注销字符设备的工作已经被移交到platform_driver的probe()和remove()成员函数中。
代码清单5未列出的部分与原始的globalfifo驱动相同,都是实现作为字符设备驱动核心的file_operations的成员函数。
为了完成在板文件中添加globalfifo这个platform设备的工作,需要在板文件(对于LDD6410而言,为arch/arm/mach-s3c6410/ mach-ldd6410.c)中添加相应的代码,如代码清单6。
代码清单6 globalfifo对应的platform_device
static struct platform_device globalfifo_device = { .name = "globalfifo", .id = -1, };
对于LDD6410开发板而言,为了完成上述globalfifo_device这一platform_device的注册,只需要将其地址放入arch/arm/mach-s3c6410/ mach-ldd6410.c中定义的ldd6410_devices数组,如:
static struct platform_device *ldd6410_devices[] __initdata = { & globalfifo_device, #ifdef CONFIG_FB_S3C_V2 &s3c_device_fb, #endif &s3c_device_hsmmc0, ... }
在加载LDD6410驱动后,在sysfs中会发现如下结点:
/sys/bus/platform/devices/globalfifo/
/sys/devices/platform/globalfifo/
留意一下代码清单5的第48行和代码清单6的第2行,platform_device和platform_driver的name一致,这是二者得以匹配的前提。
3. platform设备资源和数据
留意一下代码清单1中platform_device结构体定义的第5~6行,描述了platform_device的资源,资源本身由resource结构体描述,其定义如代码清单7。代码清单7 resouce结构体定义
/* * Resources are tree-like, allowing * nesting etc.. */ struct resource { resource_size_t start; resource_size_t end; const char *name; unsigned long flags; struct resource *parent, *sibling, *child; };
我们通常关心start、end和flags这3个字段,分别标明资源的开始值、结束值和类型,flags可以为IORESOURCE_IO、IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IRQ、IORESOURCE_DMA等。start、end的含义会随着flags而变更,如当flags为IORESOURCE_MEM时,start、end分别表示该platform_device占据的内存的开始地址和结束地址;当flags为IORESOURCE_IRQ时,start、end分别表示该platform_device使用的中断号的开始值和结束值,如果只使用了1个中断号,开始和结束值相同。对于同种类型的资源而言,可以有多份,譬如说某设备占据了2个内存区域,则可以定义2个IORESOURCE_MEM资源。
对resource的定义也通常在BSP的板文件中进行,而在具体的设备驱动中透过platform_get_resource()这样的API来获取,此API的原型为:
struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *, unsigned int, unsigned int);
譬如在LDD6410开发板的板文件中为DM9000网卡定义了如下resouce:
static struct resource ldd6410_dm9000_resource[] = { [0] = { .start = 0x18000000, .end = 0x18000000 + 3, .flags = IORESOURCE_MEM }, [1] = { .start = 0x18000000 + 0x4, .end = 0x18000000 + 0x7, .flags = IORESOURCE_MEM }, [2] = { .start = IRQ_EINT(7), .end = IRQ_EINT(7), .flags = IORESOURCE_IRQ | IORESOURCE_IRQ_HIGHLEVEL, } };
在DM9000网卡的驱动中则是通过如下办法拿到这3份资源:
1) db->addr_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
2) db->data_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 1);
3) db->irq_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);
对于IRQ而言,platform_get_resource()还有一个进行了封装的变体platform_get_irq(),其原型为:
int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num);
它实际上调用了“platform_get_resource(dev, IORESOURCE_IRQ, num);”。
设备除了可以在BSP中定义资源以外,还可以附加一些数据信息,因为对设备的硬件描述除了中断、内存、DMA通道以外,可能还会有一些配置信息,而这些配置信息也依赖于板,不适宜直接放置在设备驱动本身,因此,platform也提供了platform_data的支持。platform_data的形式是自定义的,如对于DM9000网卡而言,platform_data为一个dm9000_plat_data结构体,我们就可以将MAC地址、总线宽度、有无EEPROM信息放入platform_data:
static struct dm9000_plat_data ldd6410_dm9000_platdata = { .flags = DM9000_PLATF_16BITONLY | DM9000_PLATF_NO_EEPROM, .dev_addr = { 0x0, 0x16, 0xd4, 0x9f, 0xed, 0xa4 }, }; static struct platform_device ldd6410_dm9000 = { .name = "dm9000", .id = 0, .num_resources = ARRAY_SIZE(ldd6410_dm9000_resource), .resource = ldd6410_dm9000_resource, .dev = { .platform_data = &ldd6410_dm9000_platdata, } };
而在DM9000网卡的驱动中,通过如下方式就拿到了platform_data:
struct dm9000_plat_data *pdata = pdev->dev.platform_data;
其中,pdev为platform_device的指针。
由以上分析可知,设备驱动中引入platform的概念至少有如下2大好处:
1) 使得设备被挂接在一个总线上,因此,符合Linux 3.x的设备模型。其结果是,配套的sysfs结点、设备电源管理都成为可能。
2) 隔离BSP和驱动。在BSP中定义platform设备和设备使用的资源、设备的具体配置信息,而在驱动中,只需要通过通用API去获取资源和数据,做到了板相关代码和驱动代码的分离,使得驱动具有更好的可扩展性和跨平台性。
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