Linux设备驱动模型之Sysfs

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分类专栏： # 嵌入式Linux相关知识汇总文章标签： linux

于 2014-04-19 20:51:38 首次发布

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Sysfs 是 Linux 设备驱动模型中至关重要的组成部分，它通过虚拟文件系统 /sys 向用户空间暴露内核对象（如设备、驱动、总线等）的属性和关系。作为驱动开发者，理解 Sysfs 的作用和实现机制，能够帮助你更好地调试设备、动态配置硬件，并与用户空间工具（如 udev）交互。

1. Sysfs 的核心概念

虚拟文件系统：挂载在 /sys 目录下，以文件和目录的形式展示内核对象（kobject）的层次结构。
内核对象（kobject）：Sysfs 的基础单元，每个 kobject 对应 /sys 中的一个目录，例如：
- /sys/bus（总线）、/sys/devices（设备）、/sys/class（设备类）等。
属性（Attribute）：文件的抽象，表示内核对象的某个属性（如设备名称、状态、配置参数等），支持读写操作。

2. Sysfs 与 kobject 的关系

Sysfs 的目录结构由内核对象（kobject）的层次关系决定：

kobject 是内核中所有对象的基础结构（如 struct device、struct device_driver 内部均包含 kobject）。
每个 kobject 在 Sysfs 中对应一个目录，其父 kobject 决定目录的位置。

示例：

/sys/devices/pci0000:00/0000:00:1c.0/0000:03:00.0/   # PCI 设备目录
  ├── power/       # 电源管理属性
  ├── vendor       # 只读文件，设备厂商 ID
  └── uevent       # 发送 uevent 事件的文件

3. 属性（Attribute）的实现

属性文件允许用户空间通过读写文件与内核交互。驱动开发者需要为设备或驱动定义属性，并实现其读写函数。

3.1 定义属性

使用 struct device_attribute 或宏 DEVICE_ATTR 定义属性：

// 定义属性结构体
static DEVICE_ATTR(foo, 0644, show_foo, store_foo);

// 实现读写函数
static ssize_t show_foo(struct device *dev, 
                        struct device_attribute *attr, 
                        char *buf) {
    return sprintf(buf, "%d\n", device_foo_value(dev));
}

static ssize_t store_foo(struct device *dev,
                         struct device_attribute *attr,
                         const char *buf, size_t count) {
    int value;
    sscanf(buf, "%d", &value);
    device_set_foo_value(dev, value);
    return count;
}

3.2 创建/删除属性文件

在设备注册时创建属性文件，注销时删除：

// 在 probe 函数中创建属性
device_create_file(&my_device->dev, &dev_attr_foo);

// 在 remove 函数中删除属性
device_remove_file(&my_device->dev, &dev_attr_foo);

4. Sysfs 的典型应用场景

4.1 设备调试与配置

查看设备信息：

cat /sys/devices/pci0000:00/0000:00:1c.0/0000:03:00.0/vendor

动态修改参数：

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value  # 控制 GPIO 电平

4.2 与 udev 交互

uevent 事件：当设备状态变化时（如插入 USB 设备），内核通过 Sysfs 的 uevent 文件触发事件，用户空间的 udev 根据规则创建设备节点（如 /dev/sda）。

5. 驱动开发中的 Sysfs 操作示例

5.1 定义一个 LED 控制属性

#include <linux/device.h>

static ssize_t led_show(struct device *dev, 
                       struct device_attribute *attr, 
                       char *buf) {
    return sprintf(buf, "LED state: %s\n", led_get_state() ? "ON" : "OFF");
}

static ssize_t led_store(struct device *dev,
                        struct device_attribute *attr,
                        const char *buf, size_t count) {
    int state;
    if (sscanf(buf, "%d", &state) != 1)
        return -EINVAL;
    led_set_state(state);
    return count;
}

// 定义属性
static DEVICE_ATTR(led, 0644, led_show, led_store);

// 注册属性（在 probe 函数中）
device_create_file(dev, &dev_attr_led);

// 用户空间操作示例：
// echo 1 > /sys/devices/.../my_device/led  # 点亮 LED
// cat /sys/devices/.../my_device/led       # 查看状态

5.2 通过 Sysfs 暴露设备统计信息...................................................

static ssize_t stats_show(struct device *dev,
                         struct device_attribute *attr,
                         char *buf) {
    return sprintf(buf, "Interrupts: %u\nBytes Transferred: %lu\n",
                   dev->interrupt_count, dev->bytes_transferred);
}
static DEVICE_ATTR_RO(stats);  // 只读属性宏