深入解析Linux Platform_device 及驅動

[導讀] 前文分析了Linux設備驅動的驅動模型，本文來聊聊Platform_driver/Platform_device這個類。做嵌入式Linux的驅動，這個也是繞不開的，所以來學習分析總結一下。

上文閱讀：

注：代碼分析基於linux-5.4.31

爲什麼有Platform_driver

前文談到的總線驅動模型（注這個圖是照着bootlin的文檔繪製的）：

同時，根據代碼分析其基礎數據結構框架關係如下（UML關係並不嚴謹，僅爲理解方便）：

可見驅動程序的模型分層有一層總線基礎層，那麼對於嵌入式開發領域而言，有很多SOC芯片內置了各種外設，並比如LCD，UART、audio、攝像頭口等等，並沒有總線。爲了統一驅動架構抽象，所以引入了platform bus這個虛擬的總線模型。做過嵌入式開發的人應該都有體會，這類設備在嵌入式系統中非常多，所以在研究具體某類設備的驅動開發之前，有必要研究platform 設備的驅動模型。在強調一下這個是統一在總線驅動模型這個體系內的。

驅動模型的實現

定義在./include/linux/platform_device.h中，來梳理一下這些數據結構間的關係：

• platform_device 用於抽象平臺設備
• platform_driver 用於抽象匹配平臺設備對應的驅動程序
• 通過繼承演化關係分析，platform_device/platform_driver 仍然統一於總線驅動模型，只是虛擬出來了一條platform bus這樣一條虛擬總線。
• platform_bus在哪裏實現的呢？該模塊的實現位於./driver/base/platform.c中

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

• platform.c導出了一系列內核全局操作接口集：

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_register);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_probe);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_resource_byname);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_irq_byname);
....

• 那麼既然這條總線並不存在，往往並不能實現設備枚舉、熱插拔等功能。

• 既然不能利用總線自動枚舉，那麼底層又是怎麼玩的呢？實際上可選的有這樣幾種方式

  • 通過內核代碼靜態描述實現
  • 通過設備樹進行匹配加載
  • BIOS ACPI表(X86/PC體系)

• 平臺設備是通常在系統中顯示爲自治實體的設備。 這包括基於舊端口的設備和到外圍總線的主機橋接，以及集成到片上系統平臺中的大多數控制器。 它們通常的共同點是從CPU總線直接尋址。 很少有platform_device通過某種其他類型的總線的一部分連接的。 但其寄存器仍將直接可尋址。

設備探測

• probe()通常應該驗證指定的設備硬件確實存在;有時平臺設置代碼不能確定。該函數用於檢測可以使用設備資源，包括時鐘和設備platform_data。
• 設備的註冊則是通過下面函數實現

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv);

設備命令以及綁定

• platform_device.dev.bus_id 設備名由兩個部分組成
  • platform_device.name 用於驅動匹配
  • platform_device.id 設備實例號，或者用“-1”表示只有一個實例
  • 如"serial/0“ 表示 bus_id "serial.0"，"serial/3“ 表示 bus_id "serial.3"
• 驅動程序綁定由驅動程序核心自動執行，在發現設備和驅動程序之間的匹配之後調用驅動程序probe()。如果probe()成功，驅動程序和設備將像往常一樣綁定。有三種不同的方法來找到這樣的匹配:
  • 每當註冊一個設備時，就會檢查該總線的驅動程序是否匹配。平臺設備應該在系統啓動時儘早註冊.
  • 當使用platform_driver_register()註冊一個驅動程序時，將檢查總線上所有未綁定的設備是否匹配。驅動程序通常在引導期間稍後註冊，或者通過模塊加載註冊。
  • 使用platform_driver_probe()註冊驅動程序與使用platform_driver_register()一樣，不同的是，如果以後有其他設備註冊，驅動程序不會被探測。

資源機制

• 每個由特定驅動程序管理的設備通常使用不同的硬件資源:I/O寄存器地址、DMA通道、IRQ線路等。
• struct resource就是用於抽象描述驅動程序需要用到的硬件資源，struct resource 被包進platform_device，實現與 struct platform_device關聯。
• 允許驅動程序被實例化爲多個功能類似的設備，但具有不同的地址、irq等。
• 硬件資源如時針、IO口等的分配現在基本基於設備樹，對於設備樹這裏不展開，後面有機會總結分享，這裏舉個栗子：

uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,omap3-uart";
    ti,hwmods = "uart1";
    clock-frequency = <48000000>;
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <72>;
    status = "disabled";
};

platform_driver實例

以samsung.c 串口驅動程序爲例：

/*兼容匹配表*/
static const struct platform_device_id s3c24xx_serial_driver_ids[] = {
	{
		.name		= "s3c2410-uart",
		.driver_data	= S3C2410_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c2412-uart",
		.driver_data	= S3C2412_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c2440-uart",
		.driver_data	= S3C2440_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c6400-uart",
		.driver_data	= S3C6400_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s5pv210-uart",
		.driver_data	= S5PV210_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "exynos4210-uart",
		.driver_data	= EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "exynos5433-uart",
		.driver_data	= EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA,
	},
	{ },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(platform, s3c24xx_serial_driver_ids);

#ifdef CONFIG_OF
/*設備樹對應解析匹配表*/
static const struct of_device_id s3c24xx_uart_dt_match[] = {
	{ .compatible = "samsung,s3c2410-uart",
		.data = (void *)S3C2410_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c2412-uart",
		.data = (void *)S3C2412_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c2440-uart",
		.data = (void *)S3C2440_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c6400-uart",
		.data = (void *)S3C6400_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s5pv210-uart",
		.data = (void *)S5PV210_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,exynos4210-uart",
		.data = (void *)EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,exynos5433-uart",
		.data = (void *)EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA },
	{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, s3c24xx_uart_dt_match);
#endif
/*串口設備驅動實體*/
static struct platform_driver samsung_serial_driver = {
	.probe		= s3c24xx_serial_probe,
	.remove		= s3c24xx_serial_remove,
	.id_table	= s3c24xx_serial_driver_ids,
	.driver		= {
		.name	= "samsung-uart",
		.pm	= SERIAL_SAMSUNG_PM_OPS,
		.of_match_table	= of_match_ptr(s3c24xx_uart_dt_match),
	},
};

總結一下

對於做嵌入式Linux驅動開發，個人體會是先對總線驅動模型有一個相對清晰的概念認識會比較好，而平臺設備以及平臺設備驅動模型同樣是衍生於總線驅動模型，這樣從體系結構上就變得相對統一了。平臺設備及驅動在嵌入式系統裏大量應用，很多SOC內置了大量豐富的各類設備接口，這些接口往往都是通過處理器內部總線進行直接尋址的，這類型的設備幾乎都是通過平臺設備及驅動模型進行抽象實施的，所以深入理解平臺設備/平臺設備驅動模型，無疑對開發此類設備驅動程序大有助益。
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