Linux Platform设备驱动分析1（基于Linux6.6）---基本概念
一、platform总线、设备与驱动
基于Platform总线的驱动开发流程如下：
+------------------------+
| a. 定义初始化 Platform Bus |
+------------------------+
|
v
+------------------------+
| b. 定义各种 Platform Devices |
+------------------------+
|
v
+------------------------+
| c. 注册各种 Platform Devices |
+------------------------+
|
v
+------------------------+
| d. 定义相关 Platform Driver |
+------------------------+
|
v
+------------------------+
| e. 注册相关 Platform Driver |
+------------------------+
|
v
+------------------------+
| f. 操作相关设备 (如请求资源，进行 I/O 操作等) |
+------------------------+
详细解释：
-
定义初始化 Platform Bus
- 这一步是驱动开发的基础，平台总线是设备和驱动程序之间的中介。虽然在 Linux 内核中，Platform 总线通常是默认初始化的，但可以根据需要进行自定义配置。
-
定义各种 Platform Devices
- 创建具体的设备（platform_device）实例，定义它们所需的资源（如内存映射、IRQ、时钟等）。
-
注册各种 Platform Devices
- 使用
platform_device_register()函数注册这些设备，使得内核能够识别并加载它们。
- 使用
-
定义相关 Platform Driver
- 创建与平台设备匹配的驱动（platform_driver），定义其
probe、remove函数，并设置设备驱动程序的一些相关信息。
- 创建与平台设备匹配的驱动（platform_driver），定义其
-
注册相关 Platform Driver
- 使用
platform_driver_register()注册平台驱动，使其能够与已注册的设备进行匹配，并提供相应的操作逻辑。
- 使用
-
操作相关设备
- 在
probe和remove函数中操作相关设备，包括请求和释放硬件资源（如内存、IRQ），进行设备初始化、操作和清理工作。
- 在
相关结构体定义：
1、平台相关结构 --- platform_device结构体
struct platform_device {
const char * name;/* 设备名 */
u32 id;//设备id，用于给插入给该总线并且具有相同name的设备编号，如果只有一个设备的话填-1。
struct device dev;//结构体中内嵌的device结构体。
u32 num_resources;/* 设备所使用各类资源数量 */
struct resource * resource;/* //定义平台设备的资源*/
};
2、设备的驱动 --- platform_driver 结构体
这个结构体中包含probe()、remove()、shutdown()、suspend()、 resume()函数，通常也需要由驱动实现
struct platform_driver {
int (*probe)(struct platform_device *);
int (*remove)(struct platform_device *);
void (*shutdown)(struct platform_device *);
int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state);
int (*resume_early)(struct platform_device *);
int (*resume)(struct platform_device *);
struct pm_ext_ops *pm;
struct device_driver driver;
};
3、系统中为platform总线定义了一个bus_type的实例 --- platform_bus_type
struct bus_type platform_bus_type = {
.name = “platform”,
.dev_attrs = platform_dev_attrs,
.match = platform_match,
.uevent = platform_uevent,
.pm = PLATFORM_PM_OPS_PTR,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);
这里要重点关注其match()成员函数，正是此成员表明了platform_device和platform_driver之间如何匹配。
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
struct platform_device *pdev;
pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev);
return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);
}
匹配platform_device和platform_driver主要看二者的name字段是否相同。对platform_device的定义通常在BSP的板文件中实现，在板文件中，将platform_device归纳为一个数组，最终通过platform_add_devices()函数统一注册。
platform_add_devices()函数可以将平台设备添加到系统中，这个函数的 原型为：
int platform_add_devices(struct platform_device **devs, int num);
该函数的第一个参数为平台设备数组的指针，第二个参数为平台设备的数量，它内部调用了platform_device_register()函 数用于注册单个的平台设备。
a -- platform bus总线先被kenrel注册。
b -- 系统初始化过程中调用platform_add_devices或者platform_device_register，将平台设备(platform devices)注册到平台总线中(platform bus)
c -- 平台驱动(platform driver)与平台设备(platform device)的关联是在platform_driver_register或者driver_register中实现，一般这个函数在驱动的初始化过程调用。
通过这三步，就将平台总线，设备，驱动关联起来。
二．Platform初始化
系统启动时初始化时创建了platform_bus总线设备和platform_bus_type总线,platform总线是在内核初始化的时候就注册进了内核。
内核初始化函数kernel_init()中调用了do_basic_setup() ，该函数中调用driver_init()，该函数中调用platform_bus_init()，看看platform_bus_init()函数：
drivers/base/platform.c
int __init platform_bus_init(void)
{
int error;
early_platform_cleanup(); //清除platform设备链表
//该函数把设备名为platform 的设备platform_bus注册到系统中，其他的platform的设备都会以它为parent。它在sysfs中目录下.即 /sys/devices/platform。
//platform_bus总线也是设备，所以也要进行设备的注册
//struct device platform_bus = {
//.init_name = "platform",
//};
error = device_register(&platform_bus);//将平台bus作为一个设备注册，出现在sys文件系统的device目录
if (error)
return error;
//接着bus_register(&platform_bus_type)注册了platform_bus_type总线.
/*
struct bus_type platform_bus_type = {
.name = “platform”,
.dev_attrs = platform_dev_attrs,
.match = platform_match,
.uevent = platform_uevent,
.pm = PLATFORM_PM_OPS_PTR,
};
*/
//默认platform_bus_type中没有定义probe函数。
error = bus_register(&platform_bus_type);//注册平台类型的bus，将出现sys文件系统在bus目录下，创建一个platform的目录，以及相关属性文件
if (error)
device_unregister(&platform_bus);
return error;
}
总线类型match函数是在设备匹配驱动时调用，uevent函数在产生事件时调用。
platform_match函数在当属于platform的设备或者驱动注册到内核时就会调用，完成设备与驱动的匹配工作。
drivers/base/platform.c
/**
* platform_match - bind platform device to platform driver.
* @dev: device.
* @drv: driver.
*
* Platform device IDs are assumed to be encoded like this:
* "<name><instance>", where <name> is a short description of the type of
* device, like "pci" or "floppy", and <instance> is the enumerated
* instance of the device, like '0' or '42'. Driver IDs are simply
* "<name>". So, extract the <name> from the platform_device structure,
* and compare it against the name of the driver. Return whether they match
* or not.
*/
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
/* When driver_override is set, only bind to the matching driver */
if (pdev->driver_override)
return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
/* Attempt an OF style match first */
if (of_driver_match_device(dev, drv))
return 1;
/* Then try ACPI style match */
if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
return 1;
/* Then try to match against the id table */
if (pdrv->id_table)
return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
/* fall-back to driver name match */
return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}
static const struct platform_device_id *platform_match_id(
const struct platform_device_id *id,
struct platform_device *pdev)
{
while (id->name[0]) {
if (strcmp(pdev->name, id->name) == 0) {
pdev->id_entry = id;
return id;
}
id++;
}
return NULL;
}
不难看出，如果pdrv的id_table数组中包含了pdev->name，或者drv->name和pdev->name名字相同，都会认为是匹配成功。id_table数组是为了应对那些对应设备和驱动的drv->name和pdev->name名字不同的情况。
再看看platform_uevent（）函数：platform_uevent 热插拔操作函数
static int platform_uevent(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
int rc;
/* Some devices have extra OF data and an OF-style MODALIAS */
rc = of_device_uevent_modalias(dev, env);
if (rc != -ENODEV)
return rc;
rc = acpi_device_uevent_modalias(dev, env);
if (rc != -ENODEV)
return rc;
add_uevent_var(env, "MODALIAS=%s%s", PLATFORM_MODULE_PREFIX,
pdev->name);
return 0;
}
添加了MODALIAS环境变量，我们回顾一下：platform_bus. parent->kobj->kset->uevent_ops为device_uevent_ops，bus_uevent_ops的定义如下：
drivers/base/core.c
static struct kset_uevent_ops device_uevent_ops = {
.filter = dev_uevent_filter,
.name = dev_uevent_name,
.uevent = dev_uevent,
};
当调用device_add()时会调用kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD)产生一个事件，这个函数中会调用相应的kset_uevent_ops的uevent函数。
三．Platform设备的注册
设备模型的分析中知道了把设备添加到系统要调用device_initialize()和platform_device_add(pdev)函数。
Platform设备的注册分两种方式：
a -- 对于platform设备的初注册，内核源码提供了platform_device_add()函数，输入参数platform_device可以是静态的全局设备，它是进行一系列的操作后调用device_add()将设备注册到相应的总线（platform总线）上，内核代码中platform设备的其他注册函数都是基于这个函数，如platform_device_register()、platform_device_register_simple()、platform_device_register_data()等。
b -- 另外一种机制就是动态申请platform_device_alloc()一个platform_device设备，然后通过platform_device_add_resources及platform_device_add_data等添加相关资源和属性。
无论哪一种platform_device，最终都将通过platform_device_add这册到platform总线上。区别在于第二步：其实platform_device_add()包括device_add()，不过要先注册resources，然后将设备挂接到特定的platform总线。
1、 第一种平台设备注册方式
platform_device是静态的全局设备，即platform_device结构的成员已经初始化完成。直接将平台设备注册到platform总线上。platform_device_register和device_register的区别:
a -- 主要是有没有resource的区别，前者的结构体包含后面，并且增加了struct resource结构体成员，后者没有。platform_device_register在device_register的基础上增加了struct resource部分的注册。
由此。可以看出，platform_device---paltform_driver_register机制与device-driver的主要区别就在于resource。前者适合于具有独立资源设备的描述，后者则不是。
b -- 其实linux的各种其他驱动机制的基础都是device_driver。只不过是增加了部分功能，适合于不同的应用场合。
drivers/base/platform.c
/**
* platform_device_register - add a platform-level device
* @pdev: platform device we're adding
*
* NOTE: _Never_ directly free @pdev after calling this function, even if it
* returned an error! Always use platform_device_put() to give up the
* reference initialised in this function instead.
*/
int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
{
device_initialize(&pdev->dev);//初始化platform_device内嵌的device
setup_pdev_dma_masks(pdev);
return platform_device_add(pdev);//把它注册到platform_bus_type上
}
}
int platform_device_add(struct platform_device *pdev)
{
int i, ret = 0;
if (!pdev)
return -EINVAL;
if (!pdev->dev.parent)
pdev->dev.parent = &platform_bus;//设置父节点，即platform_bus作为总线设备的父节点，其余的platform设备都是它的子设备
//platform_bus是一个设备，platform_bus_type才是真正的总线
pdev->dev.bus = &platform_bus_type;//设置platform总线,指定bus类型为platform_bus_type
//设置pdev->dev内嵌的kobj的name字段,将platform下的名字传到内部device，最终会传到kobj
if (pdev->id != -1)
dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name, pdev->id);
else
dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name);
//初始化资源并将资源分配给它，每个资源的它的parent不存在则根据flags域设置parent，flags为IORESOURCE_MEM，
//则所表示的资源为I/O映射内存，flags为IORESOURCE_IO，则所表示的资源为I/O端口。
for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {
struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];
if (r->name == NULL)//资源名称为NULL则把设备名称设置给它
r->name = dev_name(&pdev->dev);
p = r->parent;//取得资源的父节点，资源在内核中也是层次安排的
if (!p) {
if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM) //如果父节点为NULL，并且资源类型为IORESOURCE_MEM，则把父节点设置为iomem_resource
p = &iomem_resource;
else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)//否则如果类型为IORESOURCE_IO，则把父节点设置为ioport_resource
p = &ioport_resource;
}
//从父节点申请资源，也就是出现在父节点目录层次下
if (p && insert_resource(p, r)) {
printk(KERN_ERR "%s: failed to claim resource %d\n",dev_name(&pdev->dev), i);ret = -EBUSY;
goto failed;
}
}
pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n",dev_name(&pdev->dev), dev_name(pdev->dev.parent));
//device_creat() 创建一个设备并注册到内核驱动架构...
//device_add() 注册一个设备到内核，少了一个创建设备..
ret = device_add(&pdev->dev);//就在这里把设备注册到总线设备上,标准设备注册，即在sys文件系统中添加目录和各种属性文件
if (ret == 0)
return ret;
failed:
if (pdev->id_auto) {
ida_free(&platform_devid_ida, pdev->id);
pdev->id = PLATFORM_DEVID_AUTO;
}
while (i--) {
struct resource *r = &pdev->resource[i];
if (r->parent)
release_resource(r);
}
err_out:
return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_device_add);
2、第二种平台设备注册方式
先分配一个platform_device结构，对其进行资源等的初始化；之后再对其进行注册，再调用platform_device_register()函数。
drivers/base/platform.c
struct platform_device * platform_device_alloc(const char *name, int id)
{
struct platform_object *pa;
/*
struct platform_object {
struct platform_device pdev;
char name[1];
};
*/
pa = kzalloc(sizeof(struct platform_object) + strlen(name), GFP_KERNEL);//该函数首先为platform设备分配内存空间
if (pa) {
strcpy(pa->name, name);
pa->pdev.name = pa->name;//初始化platform_device设备的名称
pa->pdev.id = id;//初始化platform_device设备的id
device_initialize(&pa->pdev.dev);//初始化platform_device内嵌的device
pa->pdev.dev.release = platform_device_release;
}
return pa ? &pa->pdev : NULL;
}
一个更好的方法是，通过下面的函数platform_device_register_simple()动态创建一个设备，并把这个设备注册到系统中：
include/linux/platform_device.h
static inline struct platform_device *platform_device_register_simple(
const char *name, int id,
const struct resource *res, unsigned int num)
{
return platform_device_register_resndata(NULL, name, id,
res, num, NULL, 0);
}
static inline struct platform_device *platform_device_register_resndata(
struct device *parent, const char *name, int id,
const struct resource *res, unsigned int num,
const void *data, size_t size) {
struct platform_device_info pdevinfo = {
.parent = parent,
.name = name,
.id = id,
.res = res,
.num_res = num,
.data = data,
.size_data = size,
.dma_mask = 0,
};
return platform_device_register_full(&pdevinfo);
}
drivers/base/platform.c
struct platform_device *platform_device_register_full(
const struct platform_device_info *pdevinfo)
{
int ret;
struct platform_device *pdev;
pdev = platform_device_alloc(pdevinfo->name, pdevinfo->id);
if (!pdev)
return ERR_PTR(-ENOMEM);
pdev->dev.parent = pdevinfo->parent;
pdev->dev.fwnode = pdevinfo->fwnode;
pdev->dev.of_node = of_node_get(to_of_node(pdev->dev.fwnode));
pdev->dev.of_node_reused = pdevinfo->of_node_reused;
if (pdevinfo->dma_mask) {
pdev->platform_dma_mask = pdevinfo->dma_mask;
pdev->dev.dma_mask = &pdev->platform_dma_mask;
pdev->dev.coherent_dma_mask = pdevinfo->dma_mask;
}
ret = platform_device_add_resources(pdev,
pdevinfo->res, pdevinfo->num_res);
if (ret)
goto err;
ret = platform_device_add_data(pdev,
pdevinfo->data, pdevinfo->size_data);
if (ret)
goto err;
if (pdevinfo->properties) {
ret = device_create_managed_software_node(&pdev->dev,
pdevinfo->properties, NULL);
if (ret)
goto err;
}
ret = platform_device_add(pdev);
if (ret) {
err:
ACPI_COMPANION_SET(&pdev->dev, NULL);
platform_device_put(pdev);
return ERR_PTR(ret);
}
return pdev;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_device_register_full);
该函数就是调用了platform_device_alloc()和platform_device_add()函数来创建的注册platform device，函数也根据res参数分配资源，看看platform_device_add_resources()函数：
drivers/base/platform.c
int platform_device_add_resources(struct platform_device *pdev,
const struct resource *res, unsigned int num)
{
struct resource *r = NULL;
if (res) {
r = kmemdup(res, sizeof(struct resource) * num, GFP_KERNEL);
if (!r)
return -ENOMEM;
}
kfree(pdev->resource);
pdev->resource = r;
pdev->num_resources = num;
return 0;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_device_add_resources);
四．Platform设备驱动的注册
设备驱动模型的分析中已经知道驱动在注册要调用driver_register()，platform driver的注册函数__platform_driver_register()同样也是进行其它的一些初始化后调用driver_register()将驱动注册到platform_bus_type总线上。
drivers/base/platform.c
/**
* __platform_driver_register - register a driver for platform-level devices
* @drv: platform driver structure
* @owner: owning module/driver
*/
int __platform_driver_register(struct platform_driver *drv,
struct module *owner)
{
drv->driver.owner = owner;
drv->driver.bus = &platform_bus_type;
return driver_register(&drv->driver);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_register);
然后platform_bus_type设定了platform_driver内嵌的driver的probe、remove、shutdown函数。
drivers/base/platform.c
struct bus_type platform_bus_type = {
.name = "platform",
.dev_groups = platform_dev_groups,
.match = platform_match,
.uevent = platform_uevent,
.probe = platform_probe,
.remove = platform_remove,
.shutdown = platform_shutdown,
.dma_configure = platform_dma_configure,
.dma_cleanup = platform_dma_cleanup,
.pm = &platform_dev_pm_ops,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);
drivers/base/platform.c
static int platform_probe(struct device *_dev)
{
struct platform_driver *drv = to_platform_driver(_dev->driver);
struct platform_device *dev = to_platform_device(_dev);
int ret;
/*
* A driver registered using platform_driver_probe() cannot be bound
* again later because the probe function usually lives in __init code
* and so is gone. For these drivers .probe is set to
* platform_probe_fail in __platform_driver_probe(). Don't even prepare
* clocks and PM domains for these to match the traditional behaviour.
*/
if (unlikely(drv->probe == platform_probe_fail))
return -ENXIO;
ret = of_clk_set_defaults(_dev->of_node, false);
if (ret < 0)
return ret;
ret = dev_pm_domain_attach(_dev, true);
if (ret)
goto out;
if (drv->probe) {
ret = drv->probe(dev);
if (ret)
dev_pm_domain_detach(_dev, true);
}
out:
if (drv->prevent_deferred_probe && ret == -EPROBE_DEFER) {
dev_warn(_dev, "probe deferral not supported\n");
ret = -ENXIO;
}
return ret;
}
static void platform_remove(struct device *_dev)
{
struct platform_driver *drv = to_platform_driver(_dev->driver);
struct platform_device *dev = to_platform_device(_dev);
if (drv->remove) {
int ret = drv->remove(dev);
if (ret)
dev_warn(_dev, "remove callback returned a non-zero value. This will be ignored.\n");
}
dev_pm_domain_detach(_dev, true);
}
static void platform_shutdown(struct device *_dev)
{
struct platform_device *dev = to_platform_device(_dev);
struct platform_driver *drv;
if (!_dev->driver)
return;
drv = to_platform_driver(_dev->driver);
if (drv->shutdown)
drv->shutdown(dev);
}
总结：
1、从这三个函数的代码可以看到，又找到了相应的platform_driver和platform_device，然后调用platform_driver的probe、remove、shutdown函数。这是一种高明的做法：
在不针对某个驱动具体的probe、remove、shutdown指向的函数，而通过上三个过度函数来找到platform_driver，然后调用probe、remove、shutdown接口。
如果设备和驱动都注册了，就可以通过bus ->match、bus->probe或driver->probe进行设备驱动匹配了。
2、驱动注册的时候platform_driver_register()->driver_register()->bus_add_driver()->driver_attach()->bus_for_each_dev()，对每个挂在虚拟的platform bus的设备作__driver_attach()->driver_probe_device()->drv->bus->match()==platform_match()->比较strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE)，如果相符就调用platform_drv_probe()->driver->probe()，如果probe成功则绑定该设备到该驱动。
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