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1.1 platform总线、设备与驱动
在Linux 2.6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结构体的定义如代码清单1所示。
代码清单1 platform_device结构体
1 struct platform_device {
2 const char * name;/* 设备名 */
3 u32 id;
4 struct device dev;
5 u32 num_resources;/* 设备所使用各类资源数量 */
6 struct resource * resource;/* 资源 */
7 };
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,如代码清单2。
代码清单2 platform_driver结构体
1 struct platform_driver {
2 int (*probe)(struct platform_device *);
3 int (*remove)(struct platform_device *);
4 void (*shutdown)(struct platform_device *);
5 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
6 int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state);
7 int (*resume_early)(struct platform_device *);
8 int (*resume)(struct platform_device *);
9 struct pm_ext_ops *pm;
10 struct device_driver driver;
11};
系统中为platform总线定义了一个bus_type的实例platform_bus_type,其定义如代码清单15.3。
代码清单15.3 platform总线的bus_type 实例platform_bus_type
1 struct bus_type platform_bus_type = {
2 .name = "platform",
3 .dev_attrs = platform_dev_attrs,
4 .match = platform_match,
5 .uevent = platform_uevent,
6 .pm = PLATFORM_PM_OPS_PTR,
7 };
8 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,如代码清单4所示。
代码清单4 platform_bus_type的match()成员函数
1 static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
2 {
3 struct platform_device *pdev;
4
5 pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev);
6 return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);
7 }
从代码清单4的第6行可以看出,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:
int platform_add_devices(struct platform_device **devs, int num);
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。
1.2 将globalfifo作为platform设备
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
1 static int __devinit globalfifo_probe(struct platform_device *pdev)
2 {
3 int ret;
4 dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0);
5
6 /* 申请设备号*/
7 if (globalfifo_major)
8 ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo");
9 else { /* 动态申请设备号 */
10 ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalfifo");
11 globalfifo_major = MAJOR(devno);
12 }
13 if (ret < 0)
14 return ret;
15 /* 动态申请设备结构体的内存*/
16 globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL);
17 if (!globalfifo_devp) { /*申请失败*/
18 ret = - ENOMEM;
19 goto fail_malloc;
20 }
21
22 memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));
23
24 globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0);
25
26 init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem); /*初始化信号量*/
27 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); /*初始化读等待队列头*/
28 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); /*初始化写等待队列头*/
29
30 return 0;
31
32 fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);
33 return ret;
34 }
35
36 static int __devexit globalfifo_remove(struct platform_device *pdev)
37 {
38 cdev_del(&globalfifo_devp->cdev); /*注销cdev*/
39 kfree(globalfifo_devp); /*释放设备结构体内存*/
40 unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1); /*释放设备号*/
41 return 0;
42 }
43
44 static struct platform_driver globalfifo_device_driver = {
45 .probe = globalfifo_probe,
46 .remove = __devexit_p(globalfifo_remove),
47 .driver = {
48 .name = "globalfifo",
49 .owner = THIS_MODULE,
50 }
51 };
52
53 static int __init globalfifo_init(void)
54 {
55 return platform_driver_register(&globalfifo_device_driver);
56 }
57
58 static void __exit globalfifo_exit(void)
59 {
60 platform_driver_unregister(&globalfifo_device_driver);
61 }
62
63 module_init(globalfifo_init);
64 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
1 static struct platform_device globalfifo_device = {
2 .name = "globalfifo",
3 .id = -1,
4 };
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:
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。
1.3 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
1 struct resource {
2 resource_size_t start;
3 resource_size_t end;
4 const char *name;
5 unsigned long flags;
6 struct resource *parent, *sibling, *child;
7 };
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:
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:
db->addr_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
db->data_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 1);
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:
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 2.6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。

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