Linux 驱动架构简析

1) 首先，需要熟悉操作系统的设计与实现，推荐大家看 MINIX作者的那部书，同时把MINIX的kernel代码研读一下。 不然，你不知道操作系统都有哪些模块， 不知道操作系统要做些什么事情，提供什么功能。简单地说，操作系统首先要驱动 CPU，然后提供那几大管理（进程，内存，文件），实现一两百个系统呼叫，提供驱动接口， 用户态与内核之间进行切换。

2) 去intel的官网，找一下 ‘Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual’ ， 了解一下 CPU的架构，工作模式，底层编码。否则， 你不知道 gdt,ldt,page table,实地址，保护模式，定时器中断都是什么东西，为什么操作系统要这样来设置寄存器。这块基本上全汇编语言，对CPU的初始化，寄存器设置，手册上面都有严格的时需要求。 哪些操作需要屏蔽中断，哪些需要在一个指令周期完成等等。有了上面的基础后，大概知道一个操作系统大概要做些什么事情， 如何驱动底层的 CPU，这个时候阅读 linux的kernel代码，事半功倍。

kernel分为两个模块：一个是core: cpu， 中断，进程，内存几大管理， 提供系统呼叫。另一个是driver。 linux的driver 都是有架构的，不需要从底层做起。各类架构称为‘子系统’：如，block子系统，net子系统，usb子系统等。 别看操作系统的代码量大，其实，driver占了估计 80%的代码量， 这些都是不需要去看的。驱动是否放在内核，就是微内核与宏内核的区别。

阅读源码过程中，观其大略即可，主要了解整个结构，以及程序的流程。如：系统呼叫的调用，追一个就可以了—— 看看操作系统如何捕捉软中断， 根据中断号，dispatch到相应的服务程序，如何保存现场， 完成后，又如何回到用户态。 系统呼叫调用，核心就是 dispatch的流程。 追完一支系统呼叫，其它的大概就知道怎么回事了。driver 也就一样的， 找个简单的驱动看看， 从驱动层一直到驱动的架构，流程清楚就可以了。 如字符设备驱动， 追一下注册后， 驱动框架如何把该设备放入 list，当有用户请求的时候，它又如何查找到相应的设备，调用相应的操作函数， 一路追下来，流程大概就清楚了。

不建议一开始就阅读“linux内核源码分析” 之类的书， 会让读者一头雾水。 正确的方法应该是， 先了解相应的背景知识后，再来阅读源码。Driver 框架的源码的位于 drivers/base/， 它是整个驱动模式的基础框架，相当于OO语言的里面的Object对象。 其实，Linux 的驱动框架就是一个OO的结构， core模块定义数据结构，函数接口，实现各种通用的功能——相当于OO里面的基类。各模块的设备驱动程序则只需要实现 core模块里面定义的接口即可。

bus, driver, device 框架

linux的外围设备驱动，都是通过 bus + driver + device来管理的，其实也好理解 ，外设都是通过总线来与cpu通讯的。kernel会实现各种总线的规范以及设备管理(设备检测，驱动绑定等)，驱动程序只需要注册自己的驱动，实现对设备的读写控制即可。

这类驱动通常是2个层次：总线子系统 + 驱动模块，它的流程大概是：

1) bus_register(xx)

kernel里面的各bus子系统（如：serio, usb, pci, ...）会使用该函数来注册自己。

2) driver_register(xx)

驱动模块使用它来向总线系统注册自己，这样驱动模块只需要关注相应driver接口的实现。通常，bus子系统会对 driver_register来进行封装，如：

• serio 提供serio_register_driver()
• usb 提供usb_register_driver()
• pci提供 pci_register_driver()

3) registe_device(xx)

各总线除了管理driver外，还管理device，通常会提供一支API来添加设备，如： input_register_device, serio_add_port.实现上都是通过一个链表对设备进行管理，通常是在初始化或者probe的时候， 添加设备。

设备(device)指的是具体实现总线协议的物理设备，如对serio总线而言，i8042就是它的一个设备，而该总线连接的设备(鼠标，键盘)则是一个serio driver。

注册

bus.c 和 driver.c 分别对 bus,driver和device进行管理，提供注册bus, driver和查找 device 功能。

bus_register(*bus) 这个函数会生成两个list，用来保存设备和驱动。

INIT_LIST_HEAD(&priv->interfaces);
klist_init(&priv->klist_devices, klist_devices_get, klist_devices_put);
klist_init(&priv->klist_drivers, NULL, NULL);

* priv是 struct subsys_private定义在 driver/base/base.h

driver_register(*drv) 实际上就是调用 bus_add_driver(*drv) 把 drv 添加到 klist_drivers:

klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers);

同理注册device，也是通过 bus_add_device(*dev)，添加到 klist_devices:

klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices);

以 hid_bus_type为例，执行 bus_register(&hid_bus_type) 后， hid_bus_type->p->klist_devices 和 hid_bus_type->p->klist_klist_drivers 这两个list 会被初始化，为后面的 driver和 device 注册做准备，driver数据结构如下:

       static struct hid_driver tpkbd_driver = {
        .name = "lenovo_tpkbd",
        .id_table = tpkbd_devices,
        .input_mapping = tpkbd_input_mapping,
        .probe = tpkbd_probe,
        .remove = tpkbd_remove,
    };

注册driver时,它先经过 __hid_register_driver(&tpkbd_driver),设置一些基本参数。

hdrv->driver.bus = &hid_bus_type;
.....    
driver_register(&hdrv->driver)