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设备驱动模型—-Linux中总线、设备、驱动是如何关联的

2017年05月18日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3239字 ⁄ 字号 评论关闭

对于Linux驱动开发来说,设备模型的理解是根本,顾名思义设备模型是关于设备的模型,设备的概念就是总线和与其相连的各种设备了。

电脑城的IT 工作者都会知道设备是通过总线连到计算机上的,而且还需要对应的驱动才能用,可是总线是如何发现设备的,设备又是如何和驱动对应起来的?

总线、设备、驱动,也就是busdevicedriver,在内核里都会有它们自己专属的结构,在include/linux/device.h 里定义。

首先是总线,bus_type.
struct bus_type {
const char  * name;
struct subsystem subsys;//
代表自身
struct kset  drivers;   //当前总线的设备驱动集合
struct kset  devices; //所有设备集合
struct klist  klist_devices;
struct klist  klist_drivers;
struct bus_attribute * bus_attrs;//
总线属性
struct device_attribute * dev_attrs;//设备属性
struct driver_attribute * drv_attrs;
int  (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//
设备驱动匹配函数
int  (*uevent)(struct device *dev, char **envp,   
      int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//
热拔插事件
int  (*probe)(struct device * dev);
int  (*remove)(struct device * dev);
void  (*shutdown)(struct device * dev);
int  (*suspend)(struct device * dev, pm_message_t state);
int  (*resume)(struct device * dev);
};

下面是设备device的定义:

struct device {
struct device  * parent; //
父设备,一般一个bus也对应一个设备。
struct kobject kobj;//代表自身
char bus_id[BUS_ID_SIZE]; 
struct bus_type * bus;  /* 
所属的总线 */
struct device_driver *driver; /* 
匹配的驱动*/
void  *driver_data; /* data private to the driver 
指向驱动 */
void  *platform_data; /* Platform specific data
,由驱动定义并使用*/
///
更多字段忽略了
};
下面是设备驱动定义:
struct device_driver {
const char  * name;
struct bus_type  * bus;//
所属总线
struct completion unloaded;
struct kobject  kobj;//
代表自身
struct klist  klist_devices;//设备列表
struct klist_node knode_bus;
struct module  * owner;
int (*probe) (struct device * dev);
int (*remove) (struct device * dev);
void (*shutdown) (struct device * dev);
int (*suspend) (struct device * dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device * dev);
};

 

我们会发现,structbus_type中有成员structksetdrivers structksetdevices,同时structdevice中有两个成员struct
bus_type * bus
struct device_driver *driver  structdevice_driver中有两个成员structbus_type*busstructklistklist_devicesstructdevice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,structdevice_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,structbus_type中的driversdevices分别表示了这个总线拥有哪些设备和哪些驱动。

还有上面device driver结构里出现的kobject 结构是什么?kobject kset 都是Linux 设备模型中最基本的元素。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。

那么总线、设备和驱动之间是如何关联的呢?

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structdevice 的变量,每一次有一个驱动程序,就要准备一个tructdevice_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。

设备和驱动又是如何联系?

原来是把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structdevice 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,structdevice 中的structdevice_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structdevice 中的structdevice_driverdriver指向这个驱动,而struct
device_driver driver 
struct device 加入他的那structklist klist_devices链表中来。就这样,busdevice driver,这三者之间或者说他们中的两两之间,就给联系上了。知道其中之一,就能找到另外两个。

但现在情况变了,出现了一种新的名词,叫热插拔。设备可以在计算机启动以后在插入或者拔出计算机了。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structdevice 诞生,它就会去bus drivers链表中寻找自己的另一半,反之,每当一个struct
device_driver 
诞生,它就去busdevices 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device_bind_driver 绑定好。如果找不到,没有关系,等待吧!

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