引言
假如我们的板子上有很多LED,有时候需要操作这个LED,有时候需要操作另一个LED,我们希望代码可以清晰地组织在一起,方便扩展,同时自动为这些具体的设备生成对应的设备文件以供用户空间使用。
在Linux中,可以通过总线设备驱动编程的方法来实现这个需求。
这种方法将驱动程序划分为三个部分:总线 (Bus)、设备 (Device) 和 驱动 (Driver)。
- 设备: 代表具体的硬件资源,例如一个 LED,同时描述了它的相关硬件信息(如寄存器地址、IRQ 等)。
- 驱动: 实现了操作该设备的具体逻辑代码。
- 总线: 负责在设备和驱动之间建立匹配关系,并调用驱动程序对设备进行初始化。
匹配过程可以大致理解为:
- 设备代码: 告诉总线有哪些硬件资源需要被驱动。
- 总线程序: 根据设备的信息,去查找注册过的驱动程序中是否有能够匹配的驱动。
- 驱动程序: 被总线调用后完成设备的初始化,并通过内核 API 为用户空间创建对应的设备文件(如
/dev/led0
),这样这些设备就可以被用户访问和使用了。
这种设计具有模块化、可扩展和动态加载的优点,适用于开发复杂的嵌入式系统。
总线设备驱动的相关基础知识
总线设备驱动编程方法是 Linux 驱动模型的重要组成部分。总线、设备和驱动是 Linux 设备模型的核心三大概念。以下是详细价绍:
1. 总线设备驱动的三个基本概念
总线设备驱动编程方法将系统中的硬件划分为三部分:总线 (Bus)、设备 (Device) 和 驱动 (Driver),它们通过 Linux 的设备模型进行抽象和管理。
- 总线 (Bus): 描述一类硬件连接标准(如 I2C、SPI、PCI 等),负责在设备和驱动之间建立匹配关系。
- 设备 (Device): 表示挂载在某条总线上的具体硬件设备,通常由总线代码创建。
- 驱动 (Driver): 用于操作某种特定设备的代码实现。
2. 总线设备驱动的结构
在 Linux 驱动模型中,设备和驱动通过总线进行联系,主要通过以下方式实现:
struct bus_type
: 定义总线类型并实现其操作函数。struct device
: 定义具体的硬件设备。struct device_driver
: 定义设备驱动。- 匹配机制: 设备和驱动通过名字或其他标识符进行匹配,比如使用
id_table
或of_match_table
。
3. 总线设备驱动的实现步骤
以下是实现总线设备驱动的一般步骤:
1. 注册总线
实现和注册总线类型:
static struct bus_type my_bus_type = {
.name = "my_bus",
.match = my_bus_match, // 匹配函数
.probe = my_bus_probe, // 设备绑定驱动时调用
.remove = my_bus_remove, // 解绑时调用
};
bus_register(&my_bus_type);
2. 注册设备
创建并注册设备:
static struct device my_device = {
.init_name = "my_device",
.bus = &my_bus_type,
};
device_register(&my_device);
3. 注册驱动
创建并注册驱动:
static struct device_driver my_driver = {
.name = "my_device", // 必须与设备名字一致
.bus = &my_bus_type,
};
driver_register(&my_driver);
4. 匹配设备和驱动
设备和驱动通过总线的 match
函数匹配,一旦匹配成功,就会调用 probe
函数进行初始化。
4. 设备树支持
如果硬件通过设备树描述,总线和设备的关联通常由 of_match_table
或 acpi_match_table
提供,匹配更加自动化。
5. 总线设备驱动的优点
- 模块化设计: 硬件抽象更清晰,设备和驱动可以独立开发。
- 动态管理: 支持动态加载和卸载设备及驱动。
- 通用性强: 可以适配不同的总线类型。
常见的符合Linux标准的总线设备驱动
符合Linux标准的总线设备驱动被称为标准总线设备驱动 ,以下是常见的 标准总线设备驱动 以及它们的介绍:
1. Platform 总线设备驱动
简介
- Platform 总线 是一个虚拟的、与硬件无关的总线,主要用于管理 片上系统 (SoC) 上的设备。
- 适合处理没有明确硬件总线(如 I2C、SPI 等)约束的设备,比如板载 LED、GPIO、按键等。
组成
- 设备:用
struct platform_device
描述,表示具体硬件资源。 - 驱动:用
struct platform_driver
描述,实现对硬件的具体操作。