【嵌入式Linux驱动开发】六、platform 平台驱动模型之总线 - 设备 - 驱动
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一、Platform平台初探
1.1、platform平台与platform_device/platform_driver关系
在上一节通过面向对象的思想，实现了上下分层和左右分离。
- 上下分层 - 上层驱动与下层硬件分开
- 左右分离 - 把下层的硬件再分成硬件资源(指定引脚)与硬件操作(引脚配置)
其实这个时候已经有platform的味道了，只是没有说明而已。我们把上层驱动抽象成一个platform_driver结构体，硬件资源和硬件操作抽象成platform_device结构体，这样就构成了Platform平台。
即，
- platform_device来指定资源
- platform_driver来指定驱动
引入 platform_device和platform_driver， 你可能会说这似乎看起来跟上一节也差不多嘛，不过是加了一层platform的外衣罢了。它的作用无非也是将“资源”与“驱动”分离开来，当修改引脚只需要修改资源，而驱动不需要动。莫慌，莫慌，循序渐进嘛，做这一切都是为了给后面的主角做铺垫 - 设备树。而设备树跟platform思想及调用手段是那么的相像，我们怎么能有理由先去了解一下Platform呢？
1.2、platform平台虚拟总线
为了更好的管理Platform这个平台，Linux引入了总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型。 可以类比I2C、 SPI、 USB 等总线，编写相应的驱动文件，挂载相应的设备。
但是在 SOC 中有些外设是没有总线这个概念的，但是又要使用总线、驱动和设备模型该怎么办呢？为了解决此问题， Linux 提出了 platform 这个虚拟总线的概念。
1.3、platform平台匹配规则
总线有了，我们可以把设备和驱动程序都挂上去(注册进内核)，但是我们的设备可不止一个呀，同样驱动也不止一个呀。那么问题也就来了， platform_device和platform_driver该如何对应呢，或者说该如何进行匹配呢？我们看图学习。
1.3.1 匹配规则
- 最先比较： platform_device. driver_override 和 platform_driver.driver.name
- 可以设置 platform_device 的 driver_override，强制选择某个 platform_driver。
- 然后比较： platform_device. name 和 platform_driver.id_table[i].name
- Platform_driver.id_table 是“platform_device_id”指针，表示该 drv 支持若干个 device，它里面列出了各个 device 的{.name, .driver_data}， 其中的“name”表示该 drv 支持的设备的名字， driver_data 是些提供给该 device 的私有数据。
- 最后比较： platform_device.name 和 platform_driver.driver.name
- platform_driver.id_table 可能为空，这时可以根据 platform_driver.driver.name 来寻找同名的 platform_device。
1.3.2 上面只是系统规定的匹配顺序，但是实际使用中匹配的常用顺序是
- ①、直接比较驱动和设备的 name 字段，毕竟这种方式最简单了；
- ②、然后是id_table的名字；
- ③、最后才是driver_override。
当设备和驱动匹配成功以后，platform_driver里面的probe 成员函数就会执行，probe成员函数执行的内容便是我们熟悉的驱动程序，这样便把驱动和设备对应了起来！
1.4、platform函数调用关系记录(无需彻底深入，大概搞懂即可)
platform_device_register platform_device_add device_add bus_add_device // 放入链表 bus_probe_device // probe 枚举设备，即找到匹配的(dev, drv) device_initial_probe __device_attach bus_for_each_drv(...,__device_attach_driver,...) __device_attach_driver driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配 driver_probe_device // 调用 drv 的 probeplatform_driver_register __platform_driver_register driver_register bus_add_driver // 放入链表 driver_attach(drv) bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); __driver_attach driver_match_device(drv, dev) // 是否匹配 driver_probe_device // 调用 drv 的 probe
二、编写程序
编程步骤如下：
- 分配/设置/注册 platform_device 结构体
- 在里面定义所用资源，指定设备名字。
- 分配/设置/注册 platform_driver 结构体
- 在其中的 probe 函数里，分配/设置/注册 file_operations 结构体，
- 并从 platform_device 中确实所用硬件资源。
- 指定 platform_driver 的名字。
程序框架如下：
平台设备platform_deviceboard_A_led.c #include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include "led_resource.h"static void led_dev_release(struct device *dev){ }static struct resource resources[] = { { .start = GROUP_PIN(3,1), .flags = IORESOURCE_IRQ, .name = "led_pin", }, { .start = GROUP_PIN(5,8), .flags = IORESOURCE_IRQ, .name = "led_pin", },};static struct platform_device board_A_led_dev = { .name = "led", .num_resources = ARRAY_SIZE(resources), //得到资源个数 .resource = resources, //具体资源信息定义在了结构体里 .dev = { .release = led_dev_release,//必须加上release不然unregister的时候会有警告！ },};static int __init led_dev_init(void){ int err; err = platform_device_register(&board_A_led_dev); return 0;}static void __exit led_dev_exit(void){ platform_device_unregister(&board_A_led_dev);}module_init(led_dev_init);module_exit(led_dev_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
平台设备文件需要说明的是：
- 该文件单独编译成.ko文件，故需要入口函数、出口函数
- 在该文件中指定资源，所以资源是动态的。(操作几个引脚，以及操作哪几个引脚事先都已经不知道了)
- 通过platform_device结构体board_A_led_dev中的name成员决定与哪个驱动配对！
平台设备文件需要说明的是：
- 该文件单独编译成.ko文件，故需要入口函数、出口函数
- 在该文件中指定资源，所以资源是动态的。(操作几个引脚，以及操作哪几个引脚事先都已经不知道了)
平台驱动文件chipY_gpio.c
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include "led_opr.h"#include "leddrv.h"#include "led_resource.h"static int g_ledpins[100];static int g_ledcnt = 0;static int board_demo_led_init (int which) /* 初始化LED, which-哪个LED */ { //printk("%s %s line %d, led %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which); printk("init gpio: group %d, pin %d\n", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which])); switch(GROUP(g_ledpins[which])) { case 0: { printk("init pin of group 0 ...\n"); break; } case 1: { printk("init pin of group 1 ...\n"); break; } case 2: { printk("init pin of group 2 ...\n"); break; } case 3: { printk("init pin of group 3 ...\n"); break; } } return 0;}static int board_demo_led_ctl (int which, char status) /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */{ //printk("%s %s line %d, led %d, %s\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, status ? "on" : "off"); printk("set led %s: group %d, pin %d\n", status ? "on" : "off", GROUP(g_ledpins[which]), PIN(g_ledpins[which])); switch(GROUP(g_ledpins[which])) { case 0: { printk("set pin of group 0 ...\n"); break; } case 1: { printk("set pin of group 1 ...\n"); break; } case 2: { printk("set pin of group 2 ...\n"); break; } case 3: { printk("set pin of group 3 ...\n"); break; } } return 0;}static struct led_operations board_demo_led_opr = { .init = board_demo_led_init, .ctl = board_demo_led_ctl,};static int chip_demo_gpio_probe(struct platform_device *pdev){ struct resource *res; int i = 0; while (1) { /* 获取第i个资源 */ res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i++); if (!res) break; /* 记录引脚 */ g_ledpins[g_ledcnt] = res->start; /* 调用device_create，注意不能直接调用device_create，因为需要用到device_class，所以封装了led_class_create_device函数*/ led_class_create_device(g_ledcnt); g_ledcnt++; } return 0; }static int chip_demo_gpio_remove(struct platform_device *pdev){ struct resource *res; int i = 0; while (1) { res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i); if (!res) break; /* 调用device_destroy*/ led_class_destroy_device(i); i++; g_ledcnt--; } return 0;}static struct platform_driver chip_demo_gpio_driver = { .probe = chip_demo_gpio_probe, .remove = chip_demo_gpio_remove, .driver = { .name = "led", },};static int __init chip_demo_gpio_drv_init(void){ int err; err = platform_driver_register(&chip_demo_gpio_driver); register_led_operations(&board_demo_led_opr); return 0;}static void __exit chip_demo_gpio_drv_exit(void){ platform_driver_unregister(&chip_demo_gpio_driver);}module_init(chip_demo_gpio_drv_init);module_exit(chip_demo_gpio_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
平台驱动文件需要说明的
- 该文件单独编译成.ko文件，故需要入口函数、出口函数
- 通过platform_driver结构体chip_demo_gpio_driver中的driver.name成员决定与哪个设备配对！
- probe函数获取资源，记录引脚，同时创建设备。
- 注意不能直接调用device_create，因为需要用到device_class，所以在驱动文件
leddrv.c中封装了led_class_create_device函数。销毁led_class_destroy_device也是同样的道理！ - 这样也就意味着，
chipY_gpio.c依赖leddrv.c文件，故需要先加载leddrv.c文件
- 注意不能直接调用device_create，因为需要用到device_class，所以在驱动文件
- 还需要注意的一点，在平台驱动加载的入口函数里，获取了led_operations结构体board_demo_led_opr，这一次不像上一节在驱动文件
leddrv.c中获得。led_operations结构体定义平台驱动chipY_gpio.c中，如果仍在leddrv.c中获得的话，也就意味着leddrv.c依赖chipY_gpio.c，这两个互相依赖，那岂不是会出错了！！！- 由于不再需要get_board_led_opr函数，所以本例程直接删除了！
- 由于驱动文件需要led_operations结构体，所以最好的办法就是在驱动文件
leddrv.c中创建一个类似上面设备创建和销毁的注册函数，于是就有了register_led_operations函数！
这里再补充一下关于Platform_device中指定资源的两种方式
- ①、构造resource结构体(必须构造 start flags name 等成员)
- start 表示起始地址
- flags表示是哪一类资源
- ②、在私有数据中存放（可以存放任何类型的数据，自由度比较大）
驱动文件leddrc.c
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include "led_opr.h"/* 1. 确定主设备号 */static int major = 0;static struct class *led_class;struct led_operations *p_led_opr;#define MIN(a, b) (a < b ? a : b)void led_class_create_device(int minor){ device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, minor), NULL, "led%d", minor); /* /dev/led0,1,... */}void led_class_destroy_device(int minor){ device_destroy(led_class, MKDEV(major, minor));}void register_led_operations(struct led_operations *opr){ p_led_opr = opr;}/*该程序是个ko文件，别的ko需要用到该程序里的函数时，需要使用EXPORT_SYMBOL导出，也就意味着产生了依赖关系！*/EXPORT_SYMBOL(led_class_create_device);EXPORT_SYMBOL(led_class_destroy_device);EXPORT_SYMBOL(register_led_operations);/* 3. 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */static ssize_t led_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset){ return 0;}/* write(fd, &val, 1); */static ssize_t led_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset){ int err; char status; struct inode *inode = file_inode(file); int minor = iminor(inode); err = copy_from_user(&status, buf, 1); /* 根据次设备号和status控制LED */ p_led_opr->ctl(minor, status); return 1;}static int led_drv_open (struct inode *node, struct file *file){ int minor = iminor(node); /* 根据次设备号初始化LED */ p_led_opr->init(minor); return 0;}static int led_drv_close (struct inode *node, struct file *file){ return 0;}/* 2. 定义自己的file_operations结构体 */static struct file_operations led_drv = { .owner = THIS_MODULE, .open = led_drv_open, .read = led_drv_read, .write = led_drv_write, .release = led_drv_close,};/* 4. 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序 *//* 5. 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */static int __init led_init(void){ int err; major = register_chrdev(0, "led", &led_drv); /* /dev/led */ led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class"); err = PTR_ERR(led_class); if (IS_ERR(led_class)) { unregister_chrdev(major, "led"); return -1; } return 0;}/* 6. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数 */static void __exit led_exit(void){ class_destroy(led_class); unregister_chrdev(major, "led");}/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */module_init(led_init);module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
驱动程序leddrv.c需要说明的
- 该程序是个ko文件，别的ko需要用到该程序里的函数时，需要使用EXPORT_SYMBOL导出！同时需要在对应.h文件中声明！
Makefile
KERN_DIR = /home/clay/linux/qemu/kernel/100ask_imx6ull-qemu/linux-4.9.88all: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o ledtest ledtest.c clean: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean rm -rf modules.order rm -f ledtest# 编译生成3个.ko文件obj-m += leddrv.o chipY_gpio.o board_A_led.o
Makefile需要提醒的
- 最后一行，因为这一次是编译成3个ko文件！
关于应用程序和相应的.h文件，没有什么需要说的，一并附在下面
leddrv.h
#ifndef _LEDDRV_H#define _LEDDRV_H#include "led_opr.h"void led_class_create_device(int minor);void led_class_destroy_device(int minor);void register_led_operations(struct led_operations *opr);#endif /* _LEDDRV_H */
led_opr.h
#ifndef _LED_OPR_H#define _LED_OPR_Hstruct led_operations { int (*init) (int which); /* 初始化LED, which-哪个LED */ int (*ctl) (int which, char status); /* 控制LED, which-哪个LED, status:1-亮,0-灭 */};#endif ledtest.c
#include#include #include #include #include #include /* * ./ledtest /dev/led0 on * ./ledtest /dev/led0 off */int main(int argc, char **argv){ int fd; char status; /* 1. 判断参数 */ if (argc != 3) { printf("Usage: %s \n", argv[0]); return -1; } /* 2. 打开文件 */ fd = open(argv[1], O_RDWR); if (fd == -1) { printf("can not open file %s\n", argv[1]); return -1; } /* 3. 写文件 */ if (0 == strcmp(argv[2], "on")) { status = 1; write(fd, &status, 1); } else { status = 0; write(fd, &status, 1); } close(fd); return 0;}
三、运行程序
编译程序没有问题后，运行qemu虚拟开发板，并做好准备工作！
- 拷贝所有的.ko和ledtest到NFS中
cp *.ko ledtest ~/linux/qemu/NFS/
- 在qemu终端，加载ko文件，需要注意的是，因为有依赖关系，所以顺序需要确定！board_A_led.ko文件没有依赖，所以在前在后无所谓！而chipY_gpio.ko依赖leddrv.ko，故需要先加载leddrv.ko！
insmod board_A_led.koinsmod leddrv.koinsmod chipY_gpio.ko
在qemu中加载最后一个模块时，会出现下面的提示信息，但是ctrl+c之后，似乎测试还是可以用的，不知道是怎么回事。知道的朋友，可以在下面留言一起探讨！
- 在qemu终端，运行应用程序打开LED0
./ledtest /dev/led0 on
led0对应的就是GPIO3_IO1引脚。
- 在qemu终端，运行应用程序打开LED1
./ledtest /dev/led1 on
整体程序的框架，第一次接触确实蛮难的，但是没关系，静下心来慢慢理，还是可以理通的，嘻嘻，继续加油咯，下一篇就到了设备树！
转载地址：http://efnaf.baihongyu.com/
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