总线设备驱动模型解析-优快云博客

总线、设备、驱动，也就是bus、device、driver，既然是名角，在内核里都会有它们自己专属的结构，

在include/linux/device.h里定义。

52 struct bus_type {
53   const char              * name;
54    struct module           * owner;
55
56     struct kset             subsys;
57     struct kset             drivers;
58      struct kset             devices;
59     struct klist            klist_devices;
60     struct klist            klist_drivers;
61
62      struct blocking_notifier_head bus_notifier;
63
64     struct bus_attribute    * bus_attrs;
65      struct device_attribute * dev_attrs;
66     struct driver_attribute * drv_attrs;
67     struct bus_attribute drivers_autoprobe_attr;
68     struct bus_attribute drivers_probe_attr;
69
70     int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);
71      int (*uevent)(struct device *dev, char **envp,
72     int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
73     int             (*probe)(struct device * dev);
74     int             (*remove)(struct device * dev);
75      void            (*shutdown)(struct device * dev);
76
77     int (*suspend)(struct device * dev, pm_message_t state);
78     int (*suspend_late)(struct device * dev, pm_message_t state);
79     int (*resume_early)(struct device * dev);
80      int (*resume)(struct device * dev);
81
82     unsigned int drivers_autoprobe:1;
83 };

124 struct device_driver {
125    const char              * name;
126     struct bus_type         * bus;
127
128     struct kobject          kobj;
129     struct klist            klist_devices;
130     struct klist_node       knode_bus;
131
132     struct module           * owner;
133     const char              * mod_name; /* used for built-in modules */
134     struct module_kobject   * mkobj;
135
136    int     (*probe)        (struct device * dev);
137    int     (*remove)       (struct device * dev);
138     void    (*shutdown)     (struct device * dev);
139    int     (*suspend)      (struct device * dev, pm_message_t state);
140     int     (*resume)       (struct device * dev);
141 };

407 struct device {
408 struct klist  klist_children;
409 struct klist_node knode_parent;  /* node in sibling list */
410 struct klist_node knode_driver;
411 struct klist_node knode_bus;
412 struct device  *parent;
413
414 struct kobject kobj;
415 char bus_id[BUS_ID_SIZE]; /* position on parent bus */
416 struct device_type *type;
417 unsigned  is_registered:1;
418 unsigned  uevent_suppress:1;
419
420      struct semaphore sem; /* semaphore to synchronize calls to
421         * its driver.
422         */
423
424 struct bus_type * bus;  /* type of bus device is on */
425 struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this
426         device */
427 void  *driver_data; /* data private to the driver */
428 void  *platform_data; /* Platform specific data, device
429         core doesn't touch it */
430 struct dev_pm_info power;
431
432 #ifdef CONFIG_NUMA
433 int  numa_node; /* NUMA node this device is close to */
434 #endif
435 u64  *dma_mask; /* dma mask (if dma'able device) */
436 u64  coherent_dma_mask;/* Like dma_mask, but for
437           alloc_coherent mappings as
438           not all hardware supports
439           64 bit addresses for consistent
440           allocations such descriptors. */
441
442 struct list_head dma_pools; /* dma pools (if dma'ble) */
443
444 struct dma_coherent_mem *dma_mem; /* internal for coherent mem
445           override */
446 /* arch specific additions */
447 struct dev_archdata archdata;
448
449 spinlock_t  devres_lock;
450 struct list_head devres_head;
451
452 /* class_device migration path */
453 struct list_head node;
454 struct class  *class;
455 dev_t   devt;  /* dev_t, creates the sysfs "dev" */
456 struct attribute_group **groups; /* optional groups */
457
458 void (*release)(struct device * dev);
459 };

struct bus_type中有成员struct kset drivers 和struct kset devices，同时struct device中有两个成员struct bus_type * bus和struct device_driver *driver，struct device_driver中有两个成员struct bus_type * bus和struct klist klist_devices。先不说什么是klist、kset，光从成员的名字看，它们就是一个完美的三角关系。

struct device中的bus表示这个设备连到哪个总线上，driver表示这个设备的驱动是什么，struct device_driver中的bus表示这个驱动属于哪个总线，klist_devices表示这个驱动都支持哪些设备，因为这里device是复数，又是list，更因为一个驱动可以支持多个设备，而一个设备只能绑定一个驱动。当然，struct bus_type中的drivers和devices分别表示了这个总线拥有哪些设备和哪些驱动。

我们还需要看看什么是klist、kset。还有上面device和driver结构里出现的kobject结构是什么？kobject和kset都是Linux设备模型中最基本的元素，kobject和kset不会在意自己的得失，它们存在的意义在于把总线、设备和驱动这样的对象连接到设备模型上。

一般来说应该这么理解，整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构，总线、设备和驱动都是其中鲜活存在的对象，kobject是它们的基类，所实现的只是一些公共的接口，kset是同种类型kobject对象的集合，也可以说是对象的容器。只是因为C里不可能会有C++里类的class继承、组合等的概念，只有通过kobject嵌入到对象结构里来实现。这样，内核使用kobject将各个对象连接起来组成了一个分层的结构体系。kobject结构里包含了parent成员，指向了另一个kobject结构，也就是这个分层结构的上一层结点。而kset是通过链表来实现的，这样就可以明白，struct bus_type结构中的成员drivers和devices表示了一条总线拥有两条链表，一条是设备链表，一条是驱动链表。我们知道了总线对应的数据结构，就可以找到这条总线关联了多少设备，又有哪些驱动来支持这类设备。

那么klist呢？其实它就包含了一个链表和一个自旋锁，我们暂且把它看成链表也无妨，本来在2.6.11内核里，struct device_driver结构的devices成员就是一个链表类型。

先说说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就要向总线汇报，或者说注册，每次出现一个驱动，也要向总线汇报，或者说注册。比如系统初始化的时候，会扫描连接了哪些设备，并为每一个设备建立起一个struct device的变量，每一次有一个驱动程序，就要准备一个struct device_driver结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表，device 插入devices 链表，driver插入drivers链表。这样通过总线就能找到每一个设备，每一个驱动。然而，假如计算机里只有设备却没有对应的驱动，那么设备无法工作。反过来，倘若只有驱动却没有设备，驱动也起不了任何作用。devices开始多了，drivers开始多了，他们像是来自两个世界，devices们彼此取暖，drivers们一起狂欢。

先有的是设备，每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了，插放在它应该在的位置上，然后计算机启动，然后操作系统开始初始化，总线开始扫描设备，每找到一个设备，就为其申请一个struct device结构，并且挂入总线中的devices链表中来，然后每一个驱动程序开始初始化，开始注册其struct device_driver结构，然后它去总线的devices链表中去寻找(遍历)，去寻找每一个还没有绑定驱动的设备，即struct device中的struct device_driver指针仍为空的设备，然后它会去观察这种设备的特征，看是否是他所支持的设备，如果是，那么调用一个叫做device_bind_driver的函数，然后他们就结为了秦晋之好。换句话说，把struct device中的struct device_driver driver指向这个驱动，而struct device_driver driver把struct device加入他的那张struct klist klist_devices链表中来。就这样，bus、device和driver，这三者之间或者说他们中的两两之间，就给联系上了。

热插拔。设备可以在计算机启动以后在插入或者拔出计算机了。因此，很难再说是先有设备还是先有驱动了。因为都有可能。设备可以在任何时刻出现，而驱动也可以在任何时刻被加载，所以，出现的情况就是，每当一个struct device诞生，它就会去bus的drivers链表中寻找自己的另一半，反之，每当一个一个struct device_driver诞生，它就去bus的devices链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的，那么OK，和之前那种情况一下，调用device_bind_driver绑定好。如果找不到，没有关系，等待吧。