Linux設備模型_導航篇

1. Linux設備模型系列文章說明

所有文章均轉載自wowo科技，經過小編的重新排版、增添發佈到知乎上了。

轉載目的：

• 能夠讓更多的小夥伴發現優質的文章；
• 對原文進行重新排版梳理替換，讓文章更優質；
• 本人目前還沒能力總結出這樣的文章，因此先轉載一些自認爲優質的文章，供大家享用。等我有所感悟之後，總結出更清晰明瞭的文章，供大家學習交流，共同進步。

所有封面圖均來源於網絡，並註明了來源，侵刪！！！

2. Linux設備模型系列文章目錄

2.0 Linux內核的整體架構

本文是“Linux內核分析”系列文章的第一篇，會以內核的核心功能爲出發點，描述Linux內核的整體架構，以及架構之下主要的軟件子系統。之後，會介紹Linux內核源文件的目錄結構，並和各個軟件子系統對應。

https://makelinux.github.io/kernel/map/

2.1 Linux設備模型(1)_基本概念

在“Linux內核的整體架構”中，蝸蝸有提到，由於Linux支持世界上幾乎所有的、不同功能的硬件設備（這是Linux的優點），導致Linux內核中有一半的代碼是設備驅動，而且隨着硬件的快速升級換代，設備驅動的代碼量也在快速增長。個人意見，這種現象打破了“簡潔就是美”的理念，是醜陋的。它導致Linux內核看上去非常臃腫、雜亂、不易維護。但蝸蝸也知道，這不是Linux的錯，Linux是一個宏內核，它必須面對設備的多樣性，並實現對應的驅動。

爲了降低設備多樣性帶來的Linux驅動開發的複雜度，以及設備熱拔插處理、電源管理等，Linux內核提出了設備模型（也稱作Driver Model）的概念。設備模型將硬件設備歸納、分類，然後抽象出一套標準的數據結構和接口。驅動的開發，就簡化爲對內核所規定的數據結構的填充和實現。

本文將會從設備模型的基本概念開始，通過分析內核相應的代碼，一步一步解析Linux設備模型的實現及使用方法。

http://www.wowotech.net/device_model/13.html

2.2 Linux設備模型(2)_Kobject

由“Linux設備模型(1)_基本概念”可知，Linux設備模型的核心是使用Bus、Class、Device、Driver四個核心數據結構，將大量的、不同功能的硬件設備（以及驅動該硬件設備的方法），以樹狀結構的形式，進行歸納、抽象，從而方便Kernel的統一管理。

而硬件設備的數量、種類是非常多的，這就決定了Kernel中將會有大量的有關設備模型的數據結構。這些數據結構一定有一些共同的功能，需要抽象出來統一實現，否則就會不可避免的產生冗餘代碼。這就是Kobject誕生的背景。

https://www.cnblogs.com/tanghuimin0713/p/3826904.html

2.3 Linux設備模型(3)_Uevent

Uevent是Kobject的一部分，用於在Kobject狀態發生改變時，例如增加、移除等，通知用戶空間程序。用戶空間程序收到這樣的事件後，會做相應的處理。

該機制通常是用來支持熱拔插設備的，例如U盤插入後，USB相關的驅動軟件會動態創建用於表示該U盤的device結構（相應的也包括其中的kobject），並告知用戶空間程序，爲該U盤動態的創建/dev/目錄下的設備節點，更進一步，可以通知其它的應用程序，將該U盤設備mount到系統中，從而動態的支持該設備。

http://www.wowotech.net/device_model/uevent.html

2.4 Linux設備模型(4)_sysfs

sysfs是一個基於RAM的文件系統，它和Kobject一起，可以將Kernel的數據結構導出到用戶空間，以文件目錄結構的形式，提供對這些數據結構（以及數據結構的屬性）的訪問支持。

sysfs具備文件系統的所有屬性，而本文主要側重其設備模型的特性,因此不會涉及過多的文件系統實現細節，而只介紹sysfs在Linux設備模型中的作用和使用方法。具體包括：

• sysfs和Kobject的關係
• attribute的概念
• sysfs的文件系統操作接口

轉載者注：
本文代碼在4.x版本中大部分不存在！！！這部分內容變動比較大，但核心思想估計沒變，大家小心食用。

https://blog.csdn.net/qq_28992301/article/details/52381868

2.5 Linux設備模型(5)_device和device driver

device和device driver是Linux驅動開發的基本概念。Linux kernel的思路很簡單：驅動開發，就是要開發指定的軟件（driver）以驅動指定的設備，所以kernel就爲設備和驅動它的driver定義了兩個數據結構，分別是device和device_driver。因此本文將會圍繞這兩個數據結構，介紹Linux設備模型的核心邏輯，包括：

• 設備及設備驅動在kernel中的抽象、使用和維護；
• 設備及設備驅動的註冊、加載、初始化原理；
• 設備模型在實際驅動開發過程中的使用方法。

注：在介紹device和device_driver的過程中，會遇到很多額外的知識點，如Class、Bus、DMA、電源管理等等，這些知識點都很複雜，任何一個都可以作爲一個單獨的專題區闡述，因此本文不會深入解析它們，而會在後續的文章中專門描述。

https://lwn.net/Kernel/LDD3/

2.6 Linux設備模型(6)_Bus

在Linux設備模型中，Bus（總線）是一類特殊的設備，它是連接處理器和其它設備之間的通道（channel）。爲了方便設備模型的實現，內核規定，系統中的每個設備都要連接在一個Bus上，這個Bus可以是一個內部Bus、虛擬Bus或者Platform Bus。

內核通過struct bus_type結構，抽象Bus，它是在include/linux/device.h中定義的。本文會圍繞該結構，描述Linux內核中Bus的功能，以及相關的實現邏輯。最後，會簡單的介紹一些標準的Bus（如Platform），介紹它們的用途、它們的使用場景。

https://lwn.net/Kernel/LDD3/

2.7 Linux設備模型(7)_Class

在設備模型中，Bus、Device、Device driver等等，都比較好理解，因爲它們對應了實實在在的東西，所有的邏輯都是圍繞着這些實體展開的。而本文所要描述的Class就有些不同了，因爲它是虛擬出來的，只是爲了抽象設備的共性。

舉個例子，一些年齡相仿、需要獲取的知識相似的人，聚在一起學習，就構成了一個班級（Class）。這個班級可以有自己的名稱（如295），但如果離開構成它的學生（device），它就沒有任何存在意義。另外，班級存在的最大意義是什麼呢？是由老師講授的每一個課程！因爲老師只需要講一遍，一個班的學生都可以聽到。不然的話（例如每個學生都在家學習），就要爲每人請一個老師，講授一遍。而講的內容，大多是一樣的，這就是極大的浪費。

設備模型中的Class所提供的功能也一樣了，例如一些相似的device（學生），需要向用戶空間提供相似的接口（課程），如果每個設備的驅動都實現一遍的話，就會導致內核有大量的冗餘代碼，這就是極大的浪費。所以，Class說了，我幫你們實現吧，你們會用就行了。

這就是設備模型中Class的功能，再結合內核的註釋：

A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementation details(include/linux/device.h line326)，就容易理解了。

https://book.douban.com/subject/26600201/

2.8 Linux設備模型(8)_platform設備

在Linux設備模型的抽象中，存在着一類稱作“Platform Device”的設備，內核是這樣描述它們的（Documentation/driver-model/platform.txt）：

Platform devices are devices that typically appear as autonomous
entities in the system. This includes legacy port-based devices and
host bridges to peripheral buses, and most controllers integrated into
system-on-chip platforms. What they usually have in common is direct
addressing from a CPU bus. Rarely, a platform_device will be connected
through a segment of some other kind of bus; but its registers will
still be directly addressable.

概括來說，Platform設備包括：

• 基於端口的設備（已不推薦使用，保留下來只爲兼容舊設備，legacy）；
• 連接物理總線的橋設備；
• 集成在SOC平臺上面的控制器；
• 連接在其它bus上的設備（很少見）;
• 等等。

這些設備有一個基本的特徵：可以通過CPU bus直接尋址（例如在嵌入式系統常見的“寄存器”）。因此，由於這個共性，內核在設備模型的基礎上（device和device_driver），對這些設備進行了更進一步的封裝，抽象出paltform bus、platform device和platform driver，以便驅動開發人員可以方便的開發這類設備的驅動。

可以說，paltform設備對Linux驅動工程師是非常重要的，因爲我們編寫的大多數設備驅動，都是爲了驅動plaftom設備。本文我們就來看看Platform設備在內核中的實現。

http://www.wowotech.net/device_model/platform_device.html

2.9 Linux設備模型(9)_device resource management

相信每一個寫過Linux driver的工程師，都在probe函數中遇到過上面的困惑：要順序申請多種資源（IRQ、Clock、memory、regions、ioremap、dma、等等），只要任意一種資源申請失敗，就要回滾釋放之前申請的所有資源。於是函數的最後，一定會出現很多的goto標籤（如上面的exit_free_irq、exit_free_dma、等等），並在申請資源出錯時，小心翼翼的goto到正確的標籤上，以便釋放已申請資源。

http://www.wowotech.net/device_model/device_resource_management.html

3. 總結

剛入坑的小白，建議多讀幾遍，我看了將近5遍了，但仍然沒有全部理解Linux設備模型的精華，任重而道遠呀！！！

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