device 结构概述

在 Linux 内核设备驱动模型中，struct device 是所有设备类型（如 platform_device、i2c_client、pci_dev 等）的通用基类，提供统一的设备抽象接口。以下是其核心概述：

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1. 核心作用

• 统一抽象：为所有硬件设备（如 CPU、内存、外设）提供统一的表示，隐藏底层硬件差异。
• 层级管理：通过父设备（parent）和子设备（children）构建设备树，反映硬件拓扑结构。
• 驱动绑定：通过 driver 字段与对应的驱动（struct device_driver）关联，实现驱动与设备的自动匹配。
• 资源管理：提供访问设备资源（如寄存器、中断、时钟）的通用接口。
• sysfs 集成：通过 kobj 字段在 /sys 文件系统中生成设备节点，供用户空间访问。

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2. 结构体定义（简化版）

struct device {
    struct device       *parent;         // 父设备（如总线、控制器）
    const char          *init_name;      // 设备初始化名称（调试用）
    const struct device_type *type;      // 设备类型（如 CPU、内存）
    struct bus_type     *bus;            // 所属总线类型（如 platform、i2c、pci）
    struct device_driver *driver;        // 关联的驱动（NULL 表示未绑定）
    void                *driver_data;    // 驱动私有数据
    struct device_node  *of_node;        // 设备树节点（若通过 DT 描述）
    struct kobject      kobj;            // 嵌入的 kobject（用于 sysfs）
    // ... 其他字段（如电源管理、热插拔、调试信息等）
};

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3. 关键字段解析

• parent
  指向父设备（如 platform_device 的父设备是总线控制器）。设备树通过 parent 构建层级关系（例如：platform_bus → soc → i2c-controller → i2c-device）。

• bus
  指向设备所属的总线类型（如 &platform_bus_type）。总线类型定义了设备与驱动的匹配规则（如通过 name 字段匹配）。

• driver
  指向关联的驱动（struct device_driver）。当驱动通过 device_driver_register() 注册时，内核会自动将其绑定到匹配的设备。

• of_node
  若设备通过设备树（Device Tree）描述，此字段指向对应的设备树节点（struct device_node），驱动可通过 of_ API 解析设备树属性。

• kobj
  嵌入的 struct kobject，用于在 /sys 文件系统中生成设备目录（如 /sys/devices/platform/my-device）。用户空间可通过此目录访问设备属性。

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4. 核心操作

• 注册设备
  通过 device_register() 将设备添加到内核设备模型，触发驱动匹配流程。

• 获取设备信息

  dev_name(&dev); // 获取设备名称（如 "my-device"）
  dev_driver_string(&dev); // 获取驱动名称（如 "my-driver"）
  dev_get_drvdata(&dev); // 获取驱动私有数据（driver_data）

• 资源访问
  通过 devm_ 前缀的 API（如 devm_ioremap_resource()）管理设备资源，确保资源自动释放。

• 电源管理

  pm_runtime_get_sync(&dev); // 请求设备进入活跃状态
  pm_runtime_put_sync(&dev); // 允许设备休眠

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5. 使用场景

• 驱动开发：驱动通过 struct device 访问设备资源、注册回调函数（如 probe、remove）。
• 设备树解析：通过 dev->of_node 解析设备树节点属性（如寄存器地址、中断号）。
• 调试与监控：通过 /sys/devices/... 目录查看设备状态、修改属性（如 enable）。

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6. 示例：设备与驱动绑定

// 1. 定义设备（如 platform_device）
struct platform_device my_dev = {
    .name = "my-device",
    .id = 0,
};

// 2. 定义驱动
static struct platform_driver my_drv = {
    .driver = {
        .name = "my-device", // 必须与设备名称一致！
        .owner = THIS_MODULE,
    },
    .probe = my_probe_func,
    .remove = my_remove_func,
};

// 3. 注册设备与驱动
device_register(&my_dev.dev);       // 注册设备
platform_driver_register(&my_drv);  // 注册驱动

当设备注册后，内核会自动匹配名称相同的驱动，并调用 probe 函数初始化设备。

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总结

struct device 是 Linux 设备模型的核心，通过统一的接口抽象硬件设备，支持驱动自动绑定、资源管理、电源控制等功能。驱动开发者通常通过子类（如 platform_device）操作设备，但最终都依赖 struct device 提供的通用能力。