linux platform 驅動模型分析

linux platform 驅動模型分析

一. 概述
    platform設備和驅動與linux設備模型密切相關。platform在linux設備模型中，其實就是一種虛擬總線沒有對應的硬件結構。它的主要作用就是管理系統的外設資源，比如io內存,中斷信號線。現在大多數處理器芯片都是soc，如s3c2440，它包括處理器內核（arm920t）和系統的外設（lcd接口，nandflash接口等）。linux在引入了platform機制之後，內核假設所有的這些外設都掛載在platform虛擬總線上,以便進行統一管理。
二. platform 總線
   1. 在系統中platform對應的文件drivers/base/platform.c，它不是作爲一個模塊註冊到內核的，關鍵的註冊總線的函數由系統初始化部分，對應/init/main.c中的do_basic_setup函數間接調用。這裏可以看出platform非常重要，要在系統其他驅動加載之前註冊。下面分析platform總線註冊函數

int __init platform_bus_init(void)
{
    int error;
    early_platform_cleanup();
    error = device_register(&platform_bus);
        //總線也是設備，所以也要進行設備的註冊
    if (error)
        return error;
    error =  bus_register(&platform_bus_type);
        //註冊platform_bus_type總線到內核
    if (error)
        device_unregister(&platform_bus);
    return error;
}

    這個函數向內核註冊了一種總線。他首先由/drivers/base/init.c中的driver_init函數調用，driver_init函數由/init/main.c中的do_basic_setup函數調用，do_basic_setup這個函數由kernel_init調用，所以platform總線是在內核初始化的時候就註冊進了內核。
   2. platform_bus_type 總線結構與設備結構
    （1） platform總線 設備結構

struct device platform_bus = {
    .init_name  = "platform",
};

    platform總線也是一種設備，這裏初始化一個device結構，設備名稱platform，因爲沒有指定父設備，所以註冊後將會在/sys/device/下出現platform目錄。
    （2） platform總線 總線結構

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

    platform_dev_attrs    設備屬性
    platform_match        match函數，這個函數在當屬於platform的設備或者驅動註冊到內核時就會調用，完成設備與驅動的匹配工作。
    platform_uevent       熱插拔操作函數
三. platform 設備
   1. platform_device 結構

struct platform_device {
    const char  * name;
    int     id;
    struct device   dev;
    u32     num_resources;
    struct resource * resource;
    struct platform_device_id   *id_entry;
    /* arch specific additions */
    struct pdev_archdata    archdata;
};

    （1）platform_device結構體中有一個struct resource結構，是設備佔用系統的資源，定義在ioport.h中，如下

struct resource {
    resource_size_t start;
    resource_size_t end;
    const char *name;
    unsigned long flags;
    struct resource *parent, *sibling, *child;
};

    （2） num_resources 佔用系統資源的數目，一般設備都佔用兩種資源，io內存和中斷信號線。這個爲兩種資源的總和。
   2. 設備註冊函數 platform_device_register

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
{
    device_initialize(&pdev->dev);
    return platform_device_add(pdev);
}

    這個函數首先初始化了platform_device的device結構，然後調用platform_device_add，這個是註冊函數的關鍵，下面分析platform_device_add：

int platform_device_add(struct platform_device *pdev)
{
    int i, ret = 0;

    if (!pdev)
        return -EINVAL;

    if (!pdev->dev.parent)
        pdev->dev.parent = &platform_bus;
        //可以看出，platform設備的父設備一般都是platform_bus，所以註冊後的platform設備都出現在/sys/devices/platform_bus下
    pdev->dev.bus = &platform_bus_type;
        //掛到platform總線上
    if (pdev->id != -1)
        dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name,  pdev->id);
    else
        dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name);
        //設置設備名字，這個名字與/sys/devices/platform_bus下的名字對應
    for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) { //下面操作設備所佔用的系統資源
        struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];

        if (r->name == NULL)
            r->name = dev_name(&pdev->dev);

        p = r->parent;
        if (!p) {
            if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)
                p = &iomem_resource;
            else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)
                p = &ioport_resource;
        }

        if (p && insert_resource(p, r)) {
            printk(KERN_ERR
                   "%s: failed to claim resource %d\n",
                   dev_name(&pdev->dev), i);
            ret = -EBUSY;
            goto failed;
        }
    }
       //上面主要是遍歷設備所佔用的資源，找到對應的父資源，如果沒有定義，那麼根據資源的類型，分別賦予iomem_resource和ioport_resource，然後調用insert_resource插入資源。
       //這樣系統的資源就形成了一個樹形的數據結構，便於系統的管理
    pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n",
         dev_name(&pdev->dev), dev_name(pdev->dev.parent));

    ret = device_add(&pdev->dev);
        //註冊到設備模型中
    if (ret == 0)
        return ret;
 failed:
    while (--i >= 0) {
        struct resource *r = &pdev->resource[i];
        unsigned long type = resource_type(r);
        if (type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO)
            release_resource(r);
    }
    return ret;
}

   3. mini2440內核註冊platform設備過程
    因爲一種soc確定之後，其外設模塊就已經確定了，所以註冊platform設備就由板級初始化代碼來完成，在mini2440中是mach-mini2440.c的mini2440_machine_init函數中調用platform_add_devices(mini2440_devices, ARRAY_SIZE(mini2440_devices))來完成註冊。這個函數完成mini2440的所有platform設備的註冊：
    （1） platform_add_devices函數是platform_device_register的簡單封裝，它向內核註冊一組platform設備
    （2） mini2440_devices是一個platform_device指針數組，定義如下：

static struct platform_device *mini2440_devices[] __initdata = {
    &s3c_device_usb,
    &s3c_device_rtc,
    &s3c_device_lcd,
    &s3c_device_wdt,
    &s3c_device_i2c0,
    &s3c_device_iis,
    &mini2440_device_eth,
    &s3c24xx_uda134x,
    &s3c_device_nand,
    &s3c_device_sdi,
    &s3c_device_usbgadget,
};

    這個就是mini2440的所有外設資源了，每個外設的具體定義在/arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c，下面以s3c_device_lcd爲例說明，其他的類似。s3c_device_lcd在devs.c中它定義爲：

struct platform_device s3c_device_lcd = {
    .name         = "s3c2410-lcd",
    .id       = -1,
    .num_resources    = ARRAY_SIZE(s3c_lcd_resource),
    .resource     = s3c_lcd_resource,
    .dev              = {
        .dma_mask       = &s3c_device_lcd_dmamask,
        .coherent_dma_mask  = 0xffffffffUL
    }
};

    可以看出，它佔用的資源s3c_lcd_resource，定義如下：

static struct resource s3c_lcd_resource[] = {
    [0] = {
        .start = S3C24XX_PA_LCD,
        .end   = S3C24XX_PA_LCD + S3C24XX_SZ_LCD - 1,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
    [1] = {
        .start = IRQ_LCD,
        .end   = IRQ_LCD,
        .flags = IORESOURCE_IRQ,
    }
};

   這是一個數組，有兩個元素，說明lcd佔用了系統兩個資源，一個資源類型是IORESOURCE_MEM代表io內存，起使地址S3C24XX_PA_LCD，這個是LCDCON1寄存器的地址。另外一個資源是中斷信號線。
四. platform設備驅動
   如果要將所寫的驅動程序註冊成platform驅動，那麼所做的工作就是初始化一個platform_driver，然後調用platform_driver_register進行註冊。
   1. 基本數據機構platform_driver

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;
    struct platform_device_id *id_table;
};

    這是platform驅動基本的數據結構，在驅動程序中我們要做的就是聲明一個這樣的結構並初始化。下面是lcd驅動程序對它的初始化：

static struct platform_driver s3c2412fb_driver = {
    .probe      = s3c2412fb_probe,
    .remove     = s3c2410fb_remove,
    .suspend    = s3c2410fb_suspend,
    .resume     = s3c2410fb_resume,
    .driver     = {
        .name   = "s3c2412-lcd",
        .owner  = THIS_MODULE,
    },
};

    上面幾個函數是我們要實現的，它將賦值給device_driver中的相關成員，probe函數是用來查詢特定設備是夠真正存在的函數。當設備從系統刪除的時候調用remove函數。
   2. 註冊函數platform_driver_register

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)
{
    drv->driver.bus = &platform_bus_type;
    if (drv->probe)
        drv->driver.probe = platform_drv_probe;
    if (drv->remove)
        drv->driver.remove = platform_drv_remove;
    if (drv->shutdown)
        drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;
    return driver_register(&drv->driver);
}

    這個函數首先使驅動屬於platform_bus_type總線，將platform_driver結構中的定義的probe，remove,shutdown賦值給device_driver結構中的相應成員，以供linux設備模型核心調用，然後調用driver_regster將設備驅動註冊到linux設備模型核心中。
五. 各環節的整合
    前面提到mini2440板級初始化程序將它所有的platform設備註冊到了linux設備模型核心中，在/sys/devices/platform目錄中都有相應的目錄表示。platform驅動則是由各個驅動程序模塊分別註冊到系統中的。但是他們是如何聯繫起來的呢，這就跟linux設備模型核心有關係了。在ldd3中的linux設備模型的各環節的整合中有詳細的論述。這裏簡要說明一下platform實現的方法。每當註冊一個platform驅動的時候就會調用driver_register，這個函數的調用會遍歷設備驅動所屬總線上的所有設備，並對每個設備調用總線的match函數。platform驅動是屬於platform_bus_type總線，所以調用platform_match函數。這個函數實現如下：

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);

    /* match against the id table first */
    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);
}

    這個函數將device結構轉換爲platform_devcie結構，將device_driver結構轉換爲platform_driver結構，並調用platform_match_id對設備與驅動相關信息進行比較。如果沒有比較成功會返回0,以便進行下一個設備的比較，如果比較成功就會返回1,並且將device結構中的driver指針指向這個驅動。然後調用device_driver中的probe函數,在lcd驅動中就是s3c2412fb_probe。這個函數是我們要編寫的函數。這個函數檢測驅動的狀態，並且測試能否真正驅動設備，並且做一些初始化工作。