platform设备驱动全透析

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。

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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：

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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：

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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：

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/**

* 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：

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/**

* 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

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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;

}



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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;

}



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static struct platform_driver globalfifo_device_driver = {

.probe = globalfifo_probe,

.remove = __devexit_p(globalfifo_remove),

.driver = {

.name = "globalfifo",

.owner = THIS_MODULE,

}

};

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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

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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：

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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

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/*

* 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：

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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：

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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。