LINUX驱动开发：设备和驱动是怎么匹配的？

原创已于 2025-10-22 14:54:10 修改 · 781 阅读

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#linux #运维 #服务器

于 2025-10-14 10:51:04 首次发布

核心匹配机制：`platform_device` 和 `platform_driver（也叫平台总线，它是一种虚拟的总线而非物理的）`

对于老版内核没有设备树的情况下设备驱动匹配过程

在设备树时代，需要为每一个单板（Board）编写一个专属的C文件（如 arch/arm/mach-xxx/board-yyy.c），在里面用代码定义所有的硬件设备和资源。这种方式导致内核代码与特定硬件高度耦合，可移植性极差，匹配依赖的是 name (名字) 字符串。设备和驱动之间唯一的“握手暗号”就是一个纯粹的C语言字符串。

用实例说明 (描述一个UART设备)：

1. "设备"的注册 (在 Device File 中)

在内核源码的 arch/arm/ 目录下，曾经有大量 mach-xxx（代表SoC系列，如 mach-s3c2410）和 plat-yyy 目录。在这些目录里，有针对每一块特定开发板的C文件，例如 board-smdk2410.c。

在这个 board-smdk2410.c 文件中，开发者会定义一个 platform_device 结构体数组，来描述这块板子上的所有设备。

一个简化的例子 (描述一个UART设备)：

/* arch/arm/mach-s3c2410/board-smdk2410.c */

/* 1. 定义UART1的硬件资源 (物理地址、中断号) */
static struct resource s3c2410_uart1_resource[] = {
    [0] = {
        .start = 0x50004000, // UART1的寄存器基地址
        .end   = 0x50007FFF,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
    [1] = {
        .start = 15,         // UART1的中断号
        .end   = 15,
        .flags = IORESOURCE_IRQ,
    },
};

/* 2. 定义UART1这个 "平台设备" */
static struct platform_device s3c2410_uart1_device = {
    .name = "s3c2410-uart",  // <-- 关键的匹配名字
    .id   = 1,              // 设备ID (用于区分同名设备)
    .resource = s3c2410_uart1_resource, // 挂接硬件资源
    .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c2410_uart1_resource),
};

/* 3. 在板子初始化时，把这个设备"注册"给内核 */
static void __init smdk2410_init(void)
{
    // ... 其他初始化 ...
    
    /* 向内核的"平台总线"注册这个UART1设备 */
    platform_device_register(&s3c2410_uart1_device);
    
    // ... 注册I2C设备、SPI设备等 ...
}

2. "驱动"的注册 (在 Driver File 中)

在内核的 drivers/ 目录下，对应的驱动程序（例如 drivers/tty/serial/s3c2410.c）会定义一个 platform_driver 结构体。

简化的驱动例子：

/* drivers/tty/serial/s3c2410.c */

static struct platform_driver s3c2410_uart_driver = {
    .driver = {
        .name = "s3c2410-uart",  // <-- 关键的匹配名字
        .owner = THIS_MODULE,
    },
    .probe = s3c2410_uart_probe,   // 匹配成功时调用的函数
    .remove = s3c2410_uart_remove,
};

/* 驱动加载时，向内核注册这个驱动 */
static int __init s3c2410_uart_init(void)
{
    return platform_driver_register(&s3c2410_uart_driver);
}

匹配过程总结

内核启动。
驱动 s3c2410_uart_init 被调用，它向平台总线（Platform Bus）注册了一个驱动，说：“我能处理名字叫 s3c2410-uart 的设备”。
内核继续启动，执行特定于板子的 smdk2410_init 函数。
这个函数调用 platform_device_register，向平台总线注册了一个设备，说：“我这里有一个名字叫 s3c2410-uart 的设备”。
平台总线发现，“哎，刚注册的这个设备的名字，和我这里登记的一个驱动的名字完全一样！”
匹配成功。总线立刻调用该驱动的 .probe 函数 (s3c2410_uart_probe)，并将 s3c2410_uart1_device 结构体的指针（包括它携带的硬件资源）传递给 probe 函数。
驱动的 probe 函数开始工作，ioremap 内存地址，request_irq 中断号，UART设备开始工作。

用设备树描述硬件的方式下设备驱动匹配过程

第一步：内核启动后，OF（Open Firmware）子系统会率先被初始化。

解析DTB：它会读取Bootloader传入内存中的设备树二进制文件（DTB）。
创建platform_device：当它遍历到一个代表SoC片上外设的节点时（比如一个UART控制器），它会在内核中动态创建一个 struct platform_device 实例。这可以看作是硬件设备在内核中的“数字孪生”。
信息填充：这个 platform_device 结构体会被填充从设备树节点中解析出的信息，例如寄存器地址（reg属性）、中断号（interrupts属性）等资源。
注册到总线：最后，内核调用 platform_device_register()，将这个代表具体硬件的 platform_device 注册到一条名为“平台总线”的虚拟总线上，静静地等待着能驾驭它的驱动出现。

设备树示例

i2c0: i2c@fe7d0000 {
    compatible = "rockchip,rk3588-i2c"; // 关键的“身份标识”
    reg = <0x0 0xfe7d0000 0x0 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 133 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru PCLK_I2C0>, <&cru SCLK_I2C0>;
    status = "disabled";
};

第二步：驱动“报到” - 驱动程序的注册

驱动程序可以被静态编译进内核，也可以作为模块（.ko）动态加载。

驱动初始化：当驱动被加载时，它的 module_init() 函数会被调用。
定义platform_driver：在驱动代码中，开发者会定义一个 struct platform_driver 实例，它代表了整个驱动的功能集合。
提供“认领清单”：在这个结构体中，一个名为 .driver.of_match_table 的成员是关键。它指向一个 of_device_id 数组，这个数组里清晰地列出了本驱动支持的所有设备的 compatible 字符串。
注册到总线：驱动调用 platform_driver_register()，将自己注册到平台总线上，表明“我已经准备就绪，可以开始工作了”。

驱动代码示例 (.c)

// 定义本驱动能处理的设备列表（认领清单）
static const struct of_device_id rockchip_i2c_of_match[] = {
    { .compatible = "rockchip,rk3588-i2c" }, // 声明可以驱动这个设备
    { .compatible = "rockchip,rk3399-i2c" },
    { /* 数组结束符 */ }
};

static struct platform_driver rockchip_i2c_driver = {
    .probe = rockchip_i2c_probe, // 匹配成功后调用的函数
    .remove = rockchip_i2c_remove,
    .driver = {
        .name = "i2c-rockchip",
        .of_match_table = rockchip_i2c_of_match, // 关联“认领清单”
    },
};

// 通过 module_init 宏在加载时注册这个 platform_driver
module_init(platform_driver_register(&rockchip_i2c_driver));

第三步：内核“牵线” - 匹配逻辑核心

当一个新的驱动被注册到平台总线时，总线会自动为它触发一次匹配扫描。

遍历设备：平台总线会遍历总线上所有尚未绑定驱动的 platform_device。
比较compatible：对于每一个设备，总线会取出其compatible属性字符串，然后与新注册驱动的 of_match_table 列表中的每一项进行对比。
匹配成功：一旦发现完全相同的字符串，匹配即告成功！内核的驱动核心会将设备与驱动进行“绑定”，在彼此的结构体中记录对方的指针。

第四步：大功告成 - 调用 probe 函数

绑定成功是结果，但驱动的真正工作才刚刚开始。

调用probe：匹配成功后，内核会立刻调用 platform_driver 中定义的 .probe 函数。
传递设备信息：调用时，会将匹配上的 platform_device 指针作为参数传给 probe 函数。
硬件初始化：probe 函数通过这个参数，就能获取到设备的所有硬件资源（寄存器地址、中断号等），然后执行内存映射（ioremap）、请求中断（request_irq）等一系列硬件初始化操作。

当 probe 函数成功返回后，一个设备就真正地“活”了起来，准备好为上层提供服务。

匹配过程总结

整个流程清晰而高效，形成了一个完美的闭环：

设备树通过compatible属性提供硬件的“身份ID” -> 内核在启动过程中会解析并为之创建platform_device -> 驱动通过of_match_table声明自己能处理的“身份ID” -> 平台总线对比两者ID，若匹配成功 -> 调用驱动的probe函数完成最终的初始化。