linux驱动模型（上）

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                                                                                       -----Charistain

                                                                                                                                                    与2.4内核相比，2.6内核最大的不同在于提供了统一的设备驱动模型，因为随着对智能电源管理，plug and play等设备支持的要求越来越高，2.4内核显得有点力不从心。为此，2.6内核开发了全新的驱动模型。

 1.sysfs文件系统

     sysfs文件系统类似于proc特殊文件系统，用于将系统中的所有设备组织成层次结构，供用户模式下的程序了解内核数据结构的信息。期目录下主要有下面的目录：

 block：包含了所有的块设备，如ram。sda，loop

bus:包含了系统中所有的总线类型，有I2c，sdio，ac97等，在每个总线设备下都有如devices(描述使用这种总线的设备信息），drivers(使用该总线的设备驱动），driver_autoprobe(用于自动探测到设备的接入），uevent(卸载设备），driver_probe.几个文件

devices：系统中所有的设备，根据设备所属的总线类型组织成了层次结构，我们可以看到熟悉的platform结构

class：系统中所有的设备类型，我们可以看到如:net,rtc,block,pci,dma这样的分类

fs:系统中现在使用的文件系统类型

dev：有block和char两个目录

 

 

2.增加了一些关键的数据结构

  kobject是2.6内核开始使用的统一设备管理模型。在以前的内核中，并没有一个独立的数据结构让内核对系统做统一的管理和配置，kobject通过对设备进行抽象，来完成了许多的任务。

  (1)对设备进行了分类，从上层的角度去看设备

  (2)对于热插拔设备，通过这个模型可以根据用户的实际需求进行卸载和安装设备

  (3)kobject中的信息可以受sysfs的管理，通过sysfs用户可以很方便的了解到设备的情况,从而实现了内核和用户空间的通信

  (4)在系统关机前，系统可以通过Kobject找到所有的设备，然后一一处理再关机。

下面来看一下Kobjec数据结构

include/linux/kobject.h

 
struct kobject {
 const char  *name;   //对象的名称
 struct list_head entry; // 列表头
 struct kobject  *parent;  //父对象
 struct kset  *kset;  //kobject集合，下面也将分析
 struct kobj_type *ktype; //对象类型 kobject将在下面分析    

 struct sysfs_dirent *sd;                             

 struct kref  kref;   //记录该对象被引用的次数，内核通过kobjetc_get(),kobject_put来增加和减少引用的次数
 unsigned int state_initialized:1;  
 unsigned int state_in_sysfs:1;
 unsigned int state_add_uevent_sent:1;
 unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
};

 

 对象类型：

 struct kobj_type {
 void (*release)(struct kobject *kobj); //释放kobject占用的资源
 struct sysfs_ops *sysfs_ops;  //指向sysfs操作表
 struct attribute **default_attrs;  //sysfs默认属性表指针
};

 

sysfs_ops结构，用户读取sysfs属性时，实现了用户空间和内核的通信

  struct sysfs_ops {
 ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);  //将属性值读入buffer
 ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t); //从用户空间都属性值
};

 

 

kset集合

  kset即为具有相同性质的kobject集合。

struct kset {
struct subsystem * subsys;   所在的subsystem的指针
struct kobj_type * ktype;   指向该kset对象类型描述符的指针
struct list_head list;      用于连接该kset中所有kobject的链表头
struct kobject kobj;     嵌入的kobject
struct kset_hotplug_ops * hotplug_ops;  指向热插拔操作表的指针
};

 

包含在kset中的所有kobject被组织成一个双向循环链表

 

 

subsystem:   kset的集合

  描述系统中某一类设备子系统，如block_subsys表示所有的块设备，对应于sysfs文件系统中的block目录。类似的，devices_subsys对应于sysfs中的devices目录，描述系统中所有的设备。Subsystem由 struct subsystem数据结构描述

struct subsystem {
struct kset kset;       内嵌的kset对象
struct rw_semaphore rwsem;  互斥访问信号量
};
每个kset必须属于某个subsystem，通过设置kset结构中的subsys域指向指定的subsystem可以将一个kset加入到该subsystem。所有挂接到同一subsystem的kset共享同一个rwsem信号量，用于同步访问kset中的链表。

 

 

device设备模型：

struct device {

 //只列出部分结构

 struct list_head g_list;   //挂接到全局设备链表
 struct list_head node;    //挂接到兄弟设备链表
    struct list_head bus_list;   //统一总线上的设备列表
    struct list_head driver_list; //统一驱动管理的设备链表
    struct list_head children;
    struct device *parent;
    struct kobject kobj;  //引用计数管理，实现层次化管理
    char bus_id[BUS_ID_SIZE];
    struct bus_type *bus;      //设备所接到的总线类型
    struct device_driver *driver;  //管理该设备驱动的对象，下面将进行说明

   void *driver_data；//设备驱动数据

}
g_list 将该device对象挂接到全局设备链表中，所有的device对象都包含在devices_subsys中，并组织成层次结构。Node域将该对象挂接到其兄弟对象的链表中，而bus_list则用于将连接到相同总线上的设备组织成链表，driver_list则将同一驱动程序管理的所有设备组织为链表。此外，children域指向该device对象子对象链表头，parent域则指向父对象。Device对象还内嵌一个kobject对象，用于引用计数管理并通过它实现设备层次结构。Driver域指向管理该设备的驱动程序对象，而driver_data则是提供给驱动程序的数据。Bus域描述设备所连接的总线类型。内核提供了相应的函数用于操作device对象。其中Device_register()函数将一个新的device对象插入设备模型，并自动在/sys/devices下创建一个对应的目录

 

设备驱动管理结构

struct device_driver {
    char *name;   设备驱动程序的名称
    struct bus_type *bus;  该驱动所管理的设备挂接的总线类型
    struct kobject kobj;    内嵌kobject对象，实现计数引用和层次化
    struct list_head devices;   该驱动所管理的设备链表头
    int (*probe)(struct device *dev); 指向设备探测函数，用于探测设备是否可以被该驱动程序管理
int (*remove)(struct device *dev); 用于删除设备的函数
/* some fields omitted*/
}；

 

 

总线buses

   struct bus_type {
 const char  *name;  //总线名称
 struct bus_attribute *bus_attrs;  //总线属性
 struct device_attribute *dev_attrs; //设备属性
 struct driver_attribute *drv_attrs;   //驱动程序属性

 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv); 
 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
 int (*probe)(struct device *dev);
 int (*remove)(struct device *dev);
 void (*shutdown)(struct device *dev);

 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
 int (*suspend_late)(struct device *dev, pm_message_t state);
 int (*resume_early)(struct device *dev);
 int (*resume)(struct device *dev);

 struct dev_pm_ops *pm;

 struct bus_type_private *p;
};