Linux driver架构 linux驱动框架讲解

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mob6454cc6a8ab0 2023-12-25 12:50:50

文章标签 Linux driver架构 #define #include 枚举类型 文章分类 架构后端开发

文章目录

Q1:到底什么是驱动框架？
Q2:内核驱动框架中的LED位置在哪？
Q3:leds目录的特点是什么？
Q4:怎么在内核中使能LED驱动框架？
Q5:新创建leds目录，为什么不是空白？
Q6:class-led.c的部分原理

（1）subsys_initcall(leds_init);
（2）static int __init leds_init入口函数
（3）static void __exit leds_exit(void)退出函数
（4）led_classdev_register函数

Q7: 怎么去点灯，以及它的原理是什么？

问题一：brightness写入之后，怎么就能自动调用对应的函数？
问题二：关于led_cdev->brightness_set(led_cdev, value)， value是枚举类型，为何能识别到写入的1？

Q1:到底什么是驱动框架？

（1）驱动框架由内核维护者设计，他们将每种类的驱动设计成一套成熟的、标准的、典型的驱动实现。将各个厂家相同的硬件驱动部分抽出来自己实现，留出一个接口出来，而不同的部分则留给驱动工程师来完成，这就是驱动框架。
（2）驱动加框有这么个特点，遵循先申请资源再使用资源的原则，比如要使用某个GPIO，就要先调用特殊的接口申请，再使用，使用完后再释放资源。譬如，LED框架中类的申请leds_class = class_create(THIS_MODULE, "leds"); （3）提供的接口函数，内部使用一些特定的数据结构，如链表、队列等来管理资源，这些是驱动框架的直接表现。

Q2:内核驱动框架中的LED位置在哪？

在内核源码目录下，进入driver/leds 即可找到。

Q3:leds目录的特点是什么？

（1）在leds目录下，我们重点要关注led-core.h 和 led-class.c这个两个文件，他俩属于LED驱动框架的第一部分，或者说是最基本的文件、最基本的单元。它是由内核维护者提供，内部的实现是这个LED设备通用的方法。

（2）leds-xxx.c 这些文件是LED驱动框架的第二部分，是由不同厂商的驱动工程师编写添加，厂商驱动工程师结合自己公司的硬件的不同情况来对LED进行操作，使用第一部分提供的接口来和驱动框架进行交互，最终实现驱动的功能。

Q4:怎么在内核中使能LED驱动框架？

在源码目录下，make menuconfig —》Device Drivers --》 LED Support --》LED class Support （选上），最后 make源码，得到zImage, 把它下载到开发板。
（一般情况下，menuconfig的选项跟内核源码目录很接近，应该很容易找到自己想要的选项。）
查看是否驱动成功。
leds类中，专门存放led相关的驱动。

Linux driver架构 linux驱动框架讲解_#include

Q5:新创建leds目录，为什么不是空白？

Linux driver架构 linux驱动框架讲解_#include_02

这个跟mmc的驱动有关联，mmc可能需要使用led作为指示，在mmc的驱动中调用了 led_classdev_register

Q6:class-led.c的部分原理

class-led.c也是一个模块文件，看着一类的文件，一般是从最底下看起。

（1）subsys_initcall(leds_init);

它的作用相当于是 module_init，也是一个宏来。

往下追溯subsys_initcall
#define subsys_initcall(fn)		__define_initcall("4",fn,4)
↓
#define __define_initcall(level,fn,id) \
	static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
	__attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

往下追溯module_init
#define module_init(x)	__initcall(x);
↓
#define __initcall(fn) __define_initcall("1", fn)
↓
#define __define_initcall(level,fn) \
	static initcall_t __initcall_##fn __used \
	__attribute__((__section__(".initcall" level ".init"))) = fn

结论：subsys_initcall最终将入口函数放在.initcall4.init段中，而module_init则将入口函数放在.initcall1.init中。
这些安排有什么作用？
内核启动时候，是按照先后顺序去做很多初始化操作。
内核的解决方案就是给内核启动时要调用的所有函数归类，然后每个类按照一定的次序去调用执行。这些分类名就叫 .initcalln.init,n的值从1到8。内核开发者在编写内核代码时只要将函数设置合适的级别，这些函数就会被链接的时候放入特定的段，内核启动时再按照段顺序去依次执行各个段即可。

（2）static int __init leds_init入口函数

static int __init leds_init(void)
{
	leds_class = class_create(THIS_MODULE, "leds");
	...
	leds_class->dev_attrs = led_class_attrs;
	return 0;
}

我们重点关注这两行。
class_create作用是在 /sys/class中创建一个 leds文件夹。
leds_class->dev_attrs = led_class_attrs; 这步操作类似于 foperation跟设备驱动绑定在一起的作用。

跟踪 led_class_attrs
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结构体的定义
struct device_attribute {
	struct attribute	attr;
	ssize_t (*show)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			char *buf);
	ssize_t (*store)(struct device *dev, struct device_attribute *attr,
			 const char *buf, size_t count);
};
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static struct device_attribute led_class_attrs[] = {
	__ATTR(brightness, 0644, led_brightness_show, led_brightness_store),
	__ATTR(max_brightness, 0444, led_max_brightness_show, NULL),
#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS
	__ATTR(trigger, 0644, led_trigger_show, led_trigger_store),
#endif
	__ATTR_NULL,
};
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#define __ATTR(_name,_mode,_show,_store) { \
	.attr = {.name = __stringify(_name), .mode = _mode },	\
	.show	= _show,					\
	.store	= _store,					\
}

首先，从struct device_attribute结构体的定义可知，它是用来函数指针的方式来指向我们定义的方法，我需要需要实现 show和store功能。
在结构体里面，我们还看到struct attribute attr，这个有什么作用呢？作用是让程序可以通过/sys/class/leds/目录下的属性文件操作驱动进而操作硬件。
attribute其实是另一条驱动实现的路线。跟file_operations所走的路线不同。
然后，led_class_attrs[] 是一个结构体数组。内部有三个元素（第三个可以先不管，没有使用到），brightness和max_brightness相当于/sys/class/leds/底下设备里头的文件名，意味着，只要在leds目录下的每个设备都包含了这两个文件。

Linux driver架构 linux驱动框架讲解_枚举类型_03

led_brightness_show和led_brightness_store相当于读写方法。往文件里读写内容就会调用这两个函数。

（3）static void __exit leds_exit(void)退出函数

调用class_destroy(leds_class)相当于删除类，即删除/sys/class/leds/下对应的设备。

（4）led_classdev_register函数

它的内部主要调用led_cdev->dev = device_create(leds_class, parent, 0, led_cdev, "%s", led_cdev->name); 作用是在/sys/class/leds/下创建一个设备，如创建了一个led_driver文件夹，相当于一个设备。

Linux driver架构 linux驱动框架讲解_Linux driver架构_04

在驱动文件当中，我只需调用这个函数就能完成设备的注册。
过往的操作是这样：

retval = alloc_chrdev_region(&dev, 2, MAJORCNT, NAME);	//内核分配一个设备号
cdev_init(&mycdev, &fops);						//绑定fops
cdev_add(&mycdev, dev, MAJORCNT);
led_class = class_create(THIS_MODULE, "module_test");
device_create(led_class, NULL, dev, NULL, NAME);

Q7: 怎么去点灯，以及它的原理是什么？

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/leds.h>
#include <asm/io.h>
#include <plat/map-base.h>
#include <plat/map-s5p.h>

#define GPL2CON	((volatile unsigned int *)(S5P_VA_GPIO2 + 0x100))
#define GPL2DAT ((volatile unsigned int *)(S5P_VA_GPIO2 + 0x104))

struct led_classdev led_dev;

static void exynos_led_set(struct led_classdev *led_cdev,
			    enum led_brightness value)
{
	printk(KERN_INFO "exynos_led_set successful!\n");
	if (value == LED_OFF)
	{
		writel(0x11111111, GPL2CON);
		writel((0<<0), GPL2DAT);
	}
	else
	{
		writel(0x11111111, GPL2CON);
		writel((1<<0), GPL2DAT);
	}
	
}


static int __init exynos_led_driver_init(void)
{
	int ret = -1;
	
	led_dev.name = "led_driver";
	led_dev.brightness = 0;
	led_dev.brightness_set = exynos_led_set;
	
	ret = led_classdev_register(NULL, &led_dev);
	if (ret < 0) {
		printk(KERN_ERR "led_classdev_register ERROR!\n");
		return ret;
	}
	
	return 0;
}

static void __exit exynos_led_driver_exit(void)
{
	led_classdev_unregister(&led_dev);
}


module_init(exynos_led_driver_init);
module_exit(exynos_led_driver_exit);

MODULE_AUTHOR("zhou <549963118@qq.com>");
MODULE_DESCRIPTION("LED driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

首先，自己编写一个驱动模块，我对端口采用的静态映射。在驱动模块中，我们想要实现点灯，就得实现exynos_led_set函数，然后传给led_dev.brightness_set这一函数指针。
在/sys/class/leds/led_driver/目录下，echo 1 > brightness, 开发板上的led灯被点亮。写入0，led灯灭。
怎么理解往brightness写入内容，就能操作led？？
大致的调用顺序如下：

echo 1 > brightness
👇
调用 led_brightness_store() (在led_class_attrs结构体中被使用)
👇
led_set_brightness(led_cdev, state);
👇
led_cdev->brightness_set(led_cdev, value);  //最终回调我们编写的exynos_led_set函数，这个在我们驱动模块的入口函数中被指定。

问题一：brightness写入之后，怎么就能自动调用对应的函数？

我的猜测是，这是由应用层的udev来管理，不知是不是这个原因。我对udev的理解甚少。

问题二：关于led_cdev->brightness_set(led_cdev, value)， value是枚举类型，为何能识别到写入的1？

void (*brightness_set)(struct led_classdev *led_cdev,enum led_brightness brightness); //函数指针原型

它所对应的枚举如下：

enum led_brightness {
	LED_OFF		= 0,
	LED_HALF	= 127,
	LED_FULL	= 255,
};

这个枚举类型只定义了三种亮度形式，对于LED来说，能应付绝大多数的场景了。

要理解为何能写入1也能把值传进去，而不需传入它指定的枚举类型，这得要先明白枚举的本质。

枚举的本质的一个集合，内部的成员只是一个数字，并非int类型的集合。正如上面的枚举类型，它的范围是0~255，相当于只需用一个字节来标志，也就占用一个字节的空间，只要在范围赋值就是没问题的。而内部所定义的元素，可以理解为有特殊意义的符号，如LED_HAL = 127 ，将127这个数字叫做 LED_HAL。

当我们 echo 1 > brightness 之后，之所以没问题，是因为没有超出枚举0~255的范围。

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