[特殊字符] 驱动开发硬核特训 · Day 5 - 深入解析 Platform Driver 驱动框架

主题：深入解析 Platform Driver 驱动框架 —— 从架构设计到工程实战

平台驱动（platform driver）是 Linux 内核中应用最广泛的一种设备驱动框架。它用于管理那些不依赖总线枚举机制的固定外设，如 GPIO 控制器、I2C 控制器、SPI 控制器、PWM、ADC、各类片上模块等。

在嵌入式 Linux 开发中，熟练掌握 platform driver 的结构与接口，是理解设备模型与驱动机制的基础能力。本篇围绕平台驱动的本质机制，梳理其结构组成、设备匹配方式、设备树绑定流程、生命周期函数设计、资源管理与注册逻辑，并辅以完整可运行的驱动示例与工程化建议，帮助构建稳定、高效、清晰的驱动知识体系。

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🎯 本期知识结构

模块	核心内容
基本概念	什么是 platform 设备与驱动，适用场景
分离机制	驱动与设备分离的思想、本质、好处与典型示例
框架结构	platform_device 与 platform_driver 的结构与作用
匹配原理	名字、compatible、ACPI 三种匹配方式
生命周期函数	probe/remove 执行时机与职责
注册方式	宏展开 vs 手动注册机制解析
资源管理	IO、GPIO、中断、时钟等常见资源的管理方式
实战案例	LED 控制的完整 platform 驱动实现
框架对比	与 PCI、USB 等标准总线驱动的差异与联系
工程建议	如何写出稳定可维护的 platform 驱动

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📘 Part 1：什么是 Platform Driver？

Platform Driver 是 Linux 内核中用于管理“平台设备”的驱动框架。

所谓“平台设备”，可以简单理解为：那些无法通过标准总线（如 PCI 或 USB）自动识别的固定连接外设。

这些设备通常具有如下特点：

• 是 SoC（系统级芯片）内部集成的硬件模块，如 UART、GPIO、I2C 控制器；
• 或通过固定方式连接在主控的管脚上，如 LED、按键、蜂鸣器、电源管理芯片 PMIC 等；
• 没有专门的总线控制器进行自动枚举，需开发者主动在设备树中声明其存在。

因此，Platform Driver 提供了这样一种机制：驱动专注实现控制逻辑，而设备信息由设备树提供，二者通过内核的 platform 总线完成匹配与绑定。

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📘 Part 2：驱动与设备分离机制详解

Linux 提倡“驱动与设备分离”的设计思想，其核心是：将驱动逻辑与设备信息解耦，提高驱动代码的复用性与系统的灵活配置能力。

✅ 简单理解：

驱动代码只管“怎么驱动”，设备信息只说“驱动什么”，由内核机制负责把它们关联起来。

📌 核心优势：

• 同一套驱动逻辑可以复用在多个平台，仅需修改设备树而不必改动驱动源码；
• 适配不同 SoC 或板级硬件资源（如 IO 地址、中断号等）无需改代码，方便维护与适配；
• 遵循统一设备模型结构，支持模块热插拔、系统动态管理。

📘 举例说明：

• 如一个控制 GPIO 灯的驱动中声明 compatible = "demo,myled"，只要设备树中出现对应节点，驱动就能自动匹配并完成初始化，无需更改驱动源码。

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📘 Part 3：匹配机制与设备树关系

✅ 匹配方式主要有三种：

匹配方式	描述与适用情况
name 字符串匹配	传统内核平台中 pdev->name 与 pdrv->driver.name 相同即可匹配
设备树匹配	通过 compatible 字符串与 of_device_id 匹配
ACPI 匹配	用于 x86 平台，略

✅ 示例：设备树节点 + 匹配表

led@0 {
    compatible = "myvendor,myled";
    reg = <0x0209c000 0x1000>;
};

驱动端：

static const struct of_device_id led_dt_ids[] = {
    { .compatible = "myvendor,myled" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_dt_ids);

static struct platform_driver myled_driver = {
    .driver = {
        .name = "myled",
        .of_match_table = led_dt_ids,
    },
    .probe = myled_probe,
    .remove = myled_remove,
};

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📘 Part 4：生命周期函数详解

✅ probe 流程：

系统启动 → 匹配设备 → 调用 probe()

驱动中可以做：

• 获取资源（IO 内存、中断、GPIO）
• 注册子系统（如 input、misc、regmap 等）
• 创建字符设备、proc 文件、sysfs 节点等

✅ remove 流程：

设备卸载或驱动卸载 → 调用 remove()

常见操作：

• 释放资源（释放中断、释放内存）
• 注销子设备、注销字符设备

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📘 Part 5：驱动注册机制与代码宏解构

驱动注册通常用宏封装：

module_platform_driver(myled_driver);

展开后等价于：

static int __init myled_init(void) {
    return platform_driver_register(&myled_driver);
}
static void __exit myled_exit(void) {
    platform_driver_unregister(&myled_driver);
}
module_init(myled_init);
module_exit(myled_exit);

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📘 Part 6：资源管理与接口使用

✅ 1. 获取 IO 资源

struct resource *res;
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
void __iomem *base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);

✅ 2. 获取中断号

int irq = platform_get_irq(pdev, 0);
request_irq(irq, handler, 0, "myled", NULL);

✅ 3. 获取 GPIO / clocks / regmap / pinctrl

// GPIO 示例
gpio = of_get_named_gpio(pdev->dev.of_node, "gpios", 0);
// Clk 示例
clk = devm_clk_get(&pdev->dev, NULL);
clk_prepare_enable(clk);

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📘 Part 7：完整 platform 驱动示例（简化 LED 控制）

✅ 设备树：

myled@0 {
    compatible = "demo,myled";
    reg = <0x0209c000 0x1000>;
};

✅ 驱动核心代码：

static int myled_probe(struct platform_device *pdev) {
    struct resource *res;
    void __iomem *base;
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
    writel(0x1, base); // 点亮 LED
    return 0;
}

static const struct of_device_id myled_ids[] = {
    { .compatible = "demo,myled" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, myled_ids);

static struct platform_driver myled_driver = {
    .driver = {
        .name = "myled",
        .of_match_table = myled_ids,
    },
    .probe = myled_probe,
};
module_platform_driver(myled_driver);
MODULE_LICENSE("GPL");

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📘 Part 8：平台驱动框架与其他总线的对比

类型	自动枚举	用途
Platform	否	SoC 内部或板载外设
PCI	是	PC 扩展卡、可插拔硬件
USB	是	即插即用设备（摄像头、鼠标等）
I2C/SPI	否	外部挂载设备，常与 platform 协同

Platform driver 是“非总线驱动”，需要手动绑定，适合固定电路场景。

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📘 Part 9：工程化编写建议

• 使用 devm_*() 系列函数自动管理资源，防止泄露
• 匹配设备树时使用 of_match_table + MODULE_DEVICE_TABLE 提高兼容性
• 分离 probe 逻辑与设备管理逻辑，便于维护
• 适当添加调试信息如 dev_info()、dev_err() 辅助排查

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🧠 本日知识点总结

模块	核心内容
Platform 机制	用于非自动枚举的板载设备管理
核心结构体	platform_device / platform_driver / resource
匹配方式	name 字符串 / 设备树 compatible / ACPI ID
生命周期函数	probe → 初始化；remove → 卸载清理
资源获取	IO 内存、中断、GPIO、CLK、regmap
示例应用	LED 控制、UART、I2C、PWM、RTC 等

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✅ 总结

Platform Driver 驱动框架是嵌入式 Linux 驱动学习与开发的基石。理解其结构、匹配机制、生命周期、资源获取方式，不仅能快速开发 SoC 板载外设驱动，也为深入掌握 Linux 设备模型（device model）奠定基础。

📘 Day 6 预告：深入理解设备模型（Device Model）与驱动绑定机制

继续专注核心，逐步构建完整的驱动工程体系。