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platform_driver平台驱动注册和注销过程

2018年04月11日 ⁄ 综合 ⁄ 共 19236字 ⁄ 字号 评论关闭

Linux操作系统中,驱动程序的加载分为两种:内核启动时自动加载和用户手动加载;硬件设备也可以采用两种方式添加到系统中:在系统启动前及系统运行时的热插拨。下面,我们以arm体系结构下的at91处理器中的I2C控制器为例,介绍一下硬件设备及相关的驱动程序是如何绑定及松绑的。

1.      平台驱动注册过程

1.1 at91_i2c_init()函数

在文件drivers/i2c/busses/i2c-at91.c中,定义了结构体struct platform_driver并进行了初始化,通过使用module_init()宏进行声明,当模块被加载到内核时会调用 at91_i2c_init()函数。在此函数中,调用了platform_driver_register()函数来完成注册。

 

static struct platform_driver at91_i2c_driver {

    .probe     at91_i2c_probe,

    .remove       __devexit_p(at91_i2c_remove),

    .suspend   at91_i2c_suspend,

    .resume       at91_i2c_resume,

    .driver       {

       .name  "at91_i2c",

       .owner THIS_MODULE,

    },

};

 

static int __init at91_i2c_init(void)

{

    return platform_driver_register(&at91_i2c_driver);

}

1.2 platform_driver_register()函数

在文件drivers/base/platform.c中,实现并导出了platform_driver_register()函数,以便使其他模块中的函数可以调用此函数。它在完成简单的包装后,调用了driver_register()函数,完成了从平台实现到Linux内核实现的过渡。

    在此,我们需要关注一下platform_match()platform_drv_probe()函数。platform_match() 函数确定驱动与设备的关联,而platform_drv_probe()函数会在随后介绍的函数中被调用。

//比较驱动信息中的name与设备信息中的name两者是否一致

static int platform_match(struct device dev, struct device_driver drv)

{

struct platform_device *pdev container_of(dev, struct platform_device, dev);

 

    return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);

}

 

struct bus_type platform_bus_type {

    .name      "platform",

    .dev_attrs platform_dev_attrs,

    .match     platform_match,

    .uevent       platform_uevent,

    .suspend   platform_suspend,

    .suspend_late platform_suspend_late,

    .resume_early platform_resume_early,

    .resume       platform_resume,

};

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);

 

 

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)

{

    drv->driver.bus &platform_bus_type;

    //really_probe函数中,回调了platform_drv_probe函数

    if (drv->probe)

       drv->driver.probe platform_drv_probe;

    if (drv->remove)

       drv->driver.remove platform_drv_remove;

    if (drv->shutdown)

       drv->driver.shutdown platform_drv_shutdown;

    if (drv->suspend)

       drv->driver.suspend platform_drv_suspend;

    if (drv->resume)

       drv->driver.resume platform_drv_resume;

    return driver_register(&drv->driver);

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_driver_register);

 

1.3 driver_register()函数

在文件drivers/base/driver.c中,实现了driver_register()函数。在此函数中,初始化结构体struct device_driver中的klist_deviceunloaded字段,通过klist_device字段,可以保存此驱动支持的设备链表,通过完成接口机制,完成线程间的同步。链表和完成接口的详细信息可以参考文献[1]。返回bus_add_driver()函数的运行结果。

 

 

int driver_register(struct device_driver drv)

{

    if ((drv->bus->probe && drv->probe) ||

        (drv->bus->remove && drv->remove) ||

        (drv->bus->shutdown && drv->shutdown)) {

       printk(KERN_WARNING "Driver '%s' needs updating please use bus_type methods\n", drv->name);

    }

    klist_init(&drv->klist_devices, NULL, NULL);

    init_completion(&drv->unloaded);

    return bus_add_driver(drv);

}

 

1.4 bus_add_driver()函数

在文件drivers/base/bus.c中实现了bus_add_driver()函数,它通过语句klist_add_tail(&drv->knode_bus, &bus->klist_drivers); 将驱动信息保存到总线结构中,在设备注册过程中,我们就可以明白此语句的作用了。在此语句之前,调用了driver_attach()函数。

 

int bus_add_driver(struct device_driver *drv)

{

    struct bus_type bus get_bus(drv->bus);

    int error 0;

 

    if (!bus)

       return 0;

 

    pr_debug("bus %s: add driver %s\n", bus->name, drv->name);

    error kobject_set_name(&drv->kobj, "%s", drv->name);

    if (error)

       goto out_put_bus;

    drv->kobj.kset &bus->drivers;

    if ((error kobject_register(&drv->kobj)))

       goto out_put_bus;

 

    error driver_attach(drv);

    if (error)

       goto out_unregister;

    klist_add_tail(&drv->knode_bus, &bus->klist_drivers);

    module_add_driver(drv->owner, drv);

 

    error driver_add_attrs(bus, drv);

    if (error) {

       

       printk(KERN_ERR "%s: driver_add_attrs(%s) failed\n",

           __FUNCTION__, drv->name);

    }

    error add_bind_files(drv);

    if (error) {

       

       printk(KERN_ERR "%s: add_bind_files(%s) failed\n",

           __FUNCTION__, drv->name);

    }

 

    return error;

out_unregister:

    kobject_unregister(&drv->kobj);

out_put_bus:

    put_bus(bus);

    return error;

}

 

1.5 dd.c文件

在文件drivers/base/dd.c中,实现了设备与驱动交互的核心函数。

1.5.1 driver_attach()函数

函数driver_attach()返回bus_for_each_dev()函数的运行结果。bus_for_each_dev()函数的原型如下:

int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data,

    int (*fn) (struct device *, void *));

该函数迭代了在总线上的每个设备,将相关的device结构传递给fn,同时传递data值。如果startNULL,将从总线上的第一个设备开始迭代;否则将从start后的第一个设备开始迭代。如果fn返回一个非零值,将停止迭代,而这个值也会从该函数返回(摘自<<Linux设备驱动程序>>第三版)。

该函数是如何知道总线上的每个设备的呢?在设备注册过程中,我会详细介绍。

 

 

 

int driver_attach(struct device_driver drv)

{

    return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);

}

1.5.2 __driver_attach()函数

函数__driver_attach()在调用driver_probe_device()函数前,需要进行线程间的互斥处理。

static int __driver_attach(struct device dev, void data)

{

    struct device_driver drv data;

 

    

 

    if (dev->parent)  

       down(&dev->parent->sem);

    down(&dev->sem);

    if (!dev->driver)

       driver_probe_device(drv, dev);

    up(&dev->sem);

    if (dev->parent)

       up(&dev->parent->sem);

 

    return 0;

}

1.5.3 driver_probe_device()函数

driver_probe_device()函数中,调用了match函数platform_match(),如果它返回0,表示驱动与设备不一致,函数返回;否则,调用really_probe()函数。

 

int driver_probe_device(struct device_driver drv, struct device dev)

{

    struct stupid_thread_structure *data;

    struct task_struct *probe_task;

    int ret 0;

 

    if (!device_is_registered(dev))

       return -ENODEV;

    if (drv->bus->match && !drv->bus->match(dev, drv))

       goto done;

 

    pr_debug("%s: Matched Device %s with Driver %s\n",

        drv->bus->name, dev->bus_id, drv->name);

 

    data kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);

    if (!data)

       return -ENOMEM;

    data->drv drv;

    data->dev dev;

 

    if (drv->multithread_probe) {

       probe_task kthread_run(really_probe, data,

                   "probe-%s", dev->bus_id);

       if (IS_ERR(probe_task))

           ret really_probe(data);

    else

       ret really_probe(data);

 

done:

    return ret;

}

 

struct stupid_thread_structure {

    struct device_driver *drv;

    struct device *dev;

};

 

1.5.4 really_probe()函数

really_probe()函数中,实现了设备与驱动的绑定。语句如下:dev->driver drv;

ret drv->probe(dev); probe()函数的实现如下:

include/linux/platform_device.h

 

#define to_platform_device(x) container_of((x), struct platform_device, dev)

 

drivers/base/platform.c

 

#define to_platform_driver(drv) (container_of((drv), struct platform_driver, driver))

 

 

static int platform_drv_probe(struct device *_dev)

{

    struct platform_driver *drv to_platform_driver(_dev->driver);

    struct platform_device *dev to_platform_device(_dev);

 

    return drv->probe(dev);

}

在此函数中,回调了我们在i2c-at91.c文件中实现的探测函数at91_i2c_probe(),至此,平台驱动的注册过程结束。

 

static atomic_t probe_count ATOMIC_INIT(0);

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(probe_waitqueue);

 

static int really_probe(void *void_data)

{

    struct stupid_thread_structure *data void_data;

    struct device_driver *drv data->drv;

    struct device *dev data->dev;

    int ret 0;

 

    atomic_inc(&probe_count);

    pr_debug("%s: Probing driver %s with device %s\n",

        drv->bus->name, drv->name, dev->bus_id);

    WARN_ON(!list_empty(&dev->devres_head));

 

    dev->driver drv;

    if (driver_sysfs_add(dev)) {

       printk(KERN_ERR "%s: driver_sysfs_add(%s) failed\n",

           __FUNCTION__, dev->bus_id);

       goto probe_failed;

    }

 

    if (dev->bus->probe) {

       ret dev->bus->probe(dev);

       if (ret)

           goto probe_failed;

    else if (drv->probe) {

       ret drv->probe(dev);

       if (ret)

           goto probe_failed;

    }

    //设备与驱动绑定后,对系统中已注册的组件进行事件通知。

    driver_bound(dev);

    ret 1;

    pr_debug("%s: Bound Device %s to Driver %s\n",

        drv->bus->name, dev->bus_id, drv->name);

    goto done;

 

probe_failed:

    devres_release_all(dev);

    driver_sysfs_remove(dev);

    dev->driver NULL;

 

    if (ret != -ENODEV && ret != -ENXIO) {

       

       printk(KERN_WARNING

              "%s: probe of %s failed with error %d\n",

              drv->name, dev->bus_id, ret);

    }

    

    ret 0;

done:

    kfree(data);

    atomic_dec(&probe_count);

    wake_up(&probe_waitqueue);

    return ret;

}

2.      平台驱动卸载过程

平台驱动卸载过程是注册的逆过程,详细信息可参考注册过程进行分析。

2.1 at91_i2c_exit()函数

static void __exit at91_i2c_exit(void)

{

    platform_driver_unregister(&at91_i2c_driver);

}

 

2.2 platform_driver_unregister()函数

 

 

void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)

{

    driver_unregister(&drv->driver);

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_driver_unregister);

 

2.3 driver_unregister()函数

 

 

 

void driver_unregister(struct device_driver drv)

{

    bus_remove_driver(drv);

    

    if (drv->owner)

       wait_for_completion(&drv->unloaded);

}

 

2.4 bus_remove_driver()函数

 

 

void bus_remove_driver(struct device_driver drv)

{

    if (!drv->bus)

       return;

 

    remove_bind_files(drv);

    driver_remove_attrs(drv->bus, drv);

    klist_remove(&drv->knode_bus);

    pr_debug("bus %s: remove driver %s\n", drv->bus->name, drv->name);

    driver_detach(drv);

    module_remove_driver(drv);

    kobject_unregister(&drv->kobj);

    put_bus(drv->bus);

}

 

2.5 driver_detach()函数

 

void driver_detach(struct device_driver drv)

{

    struct device dev;

 

    for (;;) {

       spin_lock(&drv->klist_devices.k_lock);

       if (list_empty(&drv->klist_devices.k_list)) {

           spin_unlock(&drv->klist_devices.k_lock);

           break;

       }

       dev list_entry(drv->klist_devices.k_list.prev,

              struct device, knode_driver.n_node);

       get_device(dev);

       spin_unlock(&drv->klist_devices.k_lock);

 

       if (dev->parent)  

           down(&dev->parent->sem);

       down(&dev->sem);

       if (dev->driver == drv)

           __device_release_driver(dev);

       up(&dev->sem);

       if (dev->parent)

           up(&dev->parent->sem);

       put_device(dev);

    }

}

 

2.6 __device_release_driver()函数

 

 

static void __device_release_driver(struct device dev)

{

    struct device_driver drv;

 

    drv dev->driver;

    if (drv) {

       get_driver(drv);

       driver_sysfs_remove(dev);

       sysfs_remove_link(&dev->kobj, "driver");

       klist_remove(&dev->knode_driver);

 

       if (dev->bus)

           blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->bus_notifier,

                          BUS_NOTIFY_UNBIND_DRIVER,

                          dev);

 

       if (dev->bus && dev->bus->remove)

           dev->bus->remove(dev);

       else if (drv->remove)

           drv->remove(dev);

       devres_release_all(dev);

       dev->driver NULL;

       put_driver(drv);

    }

}

 

2.7 platform_drv_remove()函数

static int platform_drv_remove(struct device *_dev)

{

    struct platform_driver *drv to_platform_driver(_dev->driver);

    struct platform_device *dev to_platform_device(_dev);

 

    return drv->remove(dev);

}

 

在此函数中,回调了我们在i2c-at91.c文件中实现的移除函数at91_i2c_remove(),至此,平台驱动的卸载过程结束。

 

在注册和卸载过程中,Linux采用了一些变量来保存相关的信息,比如引用计数、通知链等,感兴趣的人员,可以详细的阅读此部分内容。

 

3.      设备注册过程

3.1 at91_add_device_i2c()函数

在文件arch/arm/mach-at91/at91sam9263_devices.c中,对I2C设备进行了定义。

 

 

#if defined(CONFIG_I2C_AT91) || defined(CONFIG_I2C_AT91_MODULE)

 

static struct resource twi_resources[] {

    [0] {

       .start AT91SAM9263_BASE_TWI,

       .end   AT91SAM9263_BASE_TWI SZ_16K 1,

       .flags IORESOURCE_MEM,

    },

    [1] {

       .start AT91SAM9263_ID_TWI,

       .end   AT91SAM9263_ID_TWI,

       .flags IORESOURCE_IRQ,

    },

};

 

static struct platform_device at91sam9263_twi_device {

    //此名字与驱动信息中的名字"at91_i2c"是一致的,在match()函数调用中,会返回1

    .name      "at91_i2c",

    .id    -1,

    .resource  twi_resources,

    .num_resources    ARRAY_SIZE(twi_resources),

};

 

void __init at91_add_device_i2c(void)

{

    

    at91_set_A_periph(AT91_PIN_PB4, 0);       

    at91_set_multi_drive(AT91_PIN_PB4, 1);

 

    at91_set_A_periph(AT91_PIN_PB5, 0);       

    at91_set_multi_drive(AT91_PIN_PB5, 1);

 

    //对设备进行注册

    platform_device_register(&at91sam9263_twi_device);

}

#else

void __init at91_add_device_i2c(void) {}

#endif

3.2 platform.c文件

在文件drivers/base/platform.c中,实现了下面的函数。

3.2.1 platform_device_register()函数

 

int platform_device_register(struct platform_device pdev)

{

    device_initialize(&pdev->dev);

    return platform_device_add(pdev);

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_device_register);

3.2.2 platform_device_add()函数

 

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;

 

    pdev->dev.bus &platform_bus_type;

 

    if (pdev->id != -1)

       snprintf(pdev->dev.bus_id, BUS_ID_SIZE, "%s.%u", pdev->name, pdev->id);

    else

       strlcpy(pdev->dev.bus_id, pdev->name, BUS_ID_SIZE);

 

    for (i 0; pdev->num_resources; i++) {

       struct resource *p, *r &pdev->resource[i];

 

       if (r->name == NULL)

           r->name pdev->dev.bus_id;

 

       r->parent;

       if (!p) {

           if (r->flags IORESOURCE_MEM)

              &iomem_resource;

           else if (r->flags IORESOURCE_IO)

              &ioport_resource;

       }

 

       if (p && insert_resource(p, r)) {

           printk(KERN_ERR

                  "%s: failed to claim resource %d\n",

                  pdev->dev.bus_id, i);

           ret -EBUSY;

           goto failed;

       }

    }

 

    pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n",

        pdev->dev.bus_id, pdev->dev.parent->bus_id);

 

    ret device_add(&pdev->dev);

    if (ret == 0)

       return ret;

 

 failed:

    while (--i >= 0)

       if (pdev->resource[i].flags (IORESOURCE_MEM|IORESOURCE_IO))

           release_resource(&pdev->resource[i]);

    return ret;

}

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_device_add);

 

3.3 device_add()函数

在文件drivers/base/core.c中实现了device_add()函数。

 

int device_add(struct device *dev)

{

    struct device *parent NULL;

    char *class_name NULL;

    struct class_interface *class_intf;

    int error -EINVAL;

 

    dev get_device(dev);

    if (!dev || !strlen(dev->bus_id))

       goto Error;

 

    pr_debug("DEV: registering device: ID '%s'\n", dev->bus_id);

 

    parent get_device(dev->parent);

 

    error setup_parent(dev, parent);

    if (error)

       goto Error;

 

    

    kobject_set_name(&dev->kobj, "%s", dev->bus_id);

    error kobject_add(&dev->kobj);

    if (error)

       goto Error;

 

    

    if (platform_notify)

       platform_notify(dev);

 

    

    if (dev->bus)

       blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->bus_notifier,

                       BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE, dev);

 

    dev->uevent_attr.attr.name "uevent";

    dev->uevent_attr.attr.mode S_IWUSR;

    if (dev->driver)

       dev->uevent_attr.attr.owner dev->driver->owner;

    dev->uevent_attr.store store_uevent;

    error device_create_file(dev, &dev->uevent_attr);

    if (error)

       goto attrError;

 

    if (MAJOR(dev->devt)) {

       struct device_attribute *attr;

       attr kzalloc(sizeof(*attr), GFP_KERNEL);

       if (!attr) {

           error -ENOMEM;

           goto ueventattrError;

       }

       attr->attr.name "dev";

       attr->attr.mode S_IRUGO;

       if (dev->driver)

           attr->attr.owner dev->driver->owner;

       attr->show show_dev;

       error device_create_file(dev, attr);

       if (error) {

           kfree(attr);

           goto ueventattrError;

       }

 

       dev->devt_attr attr;

    }

 

    if (dev->class) {

       sysfs_create_link(&dev->kobj, &dev->class->subsys.kset.kobj,

                "subsystem");

       

       if (dev->kobj.parent != &dev->class->subsys.kset.kobj)

           sysfs_create_link(&dev->class->subsys.kset.kobj,

                    &dev->kobj, dev->bus_id);

       if (parent) {

           sysfs_create_link(&dev->kobj, &dev->parent->kobj,

                         "device");

#ifdef CONFIG_SYSFS_DEPRECATED

           class_name make_class_name(dev->class->name,

                         &dev->kobj);

           if (class_name)

              sysfs_create_link(&dev->parent->kobj,

                       &dev->kobj, class_name);

#endif

       }

    }

 

    if ((error device_add_attrs(dev)))

       goto AttrsError;

    if ((error device_add_groups(dev)))

       goto GroupError;

    if ((error device_pm_add(dev)))

       goto PMError;

    if ((error bus_add_device(dev)))

       goto BusError;

    if (!dev->uevent_suppress)

       kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD);

    if ((error bus_attach_device(dev)))

       goto AttachError;

    if (parent)

       klist_add_tail(&dev->knode_parent, &parent->klist_children);

 

    if (dev->class) {

       down(&dev->class->sem);

       

       list_add_tail(&dev->node, &dev->class->devices);

 

       

       list_for_each_entry(class_intf, &dev->class->interfaces, node)

           if (class_intf->add_dev)

              class_intf->add_dev(dev, class_intf);

       up(&dev->class->sem);

    }

 Done:

    kfree(class_name);

    put_device(dev);

    return error;

 AttachError:

    bus_remove_device(dev);

 BusError:

    device_pm_remove(dev);

 PMError:

    if (dev->bus)

       blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->bus_notifier,

                       BUS_NOTIFY_DEL_DEVICE, dev);

    device_remove_groups(dev);

 GroupError:

    device_remove_attrs(dev);

 AttrsError:

    if (dev->devt_attr) {

       device_remove_file(dev, dev->devt_attr);

       kfree(dev->devt_attr);

    }

 

    if (dev->class) {

       sysfs_remove_link(&dev->kobj, "subsystem");

       

       if (dev->kobj.parent != &dev->class->subsys.kset.kobj)

           sysfs_remove_link(&dev->class->subsys.kset.kobj,

                    dev->bus_id);

       if (parent) {

#ifdef CONFIG_SYSFS_DEPRECATED

           char *class_name make_class_name(dev->class->name,

                            &dev->kobj);

           if (class_name)

              sysfs_remove_link(&dev->parent->kobj,

                       class_name);

           kfree(class_name);

#endif

           sysfs_remove_link(&dev->kobj, "device");

       }

 

       down(&dev->class->sem);

       

       list_for_each_entry(class_intf, &dev->class->interfaces, node)

           if (class_intf->remove_dev)

              class_intf->remove_dev(dev, class_intf);

       

       list_del_init(&dev->node);

       up(&dev->class->sem);

    }

 ueventattrError:

    device_remove_file(dev, &dev->uevent_attr);

 attrError:

    kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_REMOVE);

    kobject_del(&dev->kobj);

 Error:

    if (parent)

       put_device(parent);

    goto Done;

}

3.4 bus_attach_device()函数

在文件drivers/base/bus.c中实现了bus_attach_device()函数。

 

 

int bus_attach_device(struct device dev)

{

    struct bus_type *bus dev->bus;

    int ret 0;

 

    if (bus) {

       dev->is_registered 1;

       ret device_attach(dev);

       if (ret >= 0) {

//将设备信息存储在bus结构中。在驱动注册后,利用bus_for_each_dev()函数可以得到所有设备的

//信息,完成驱动与设备之间的绑定。          

           klist_add_tail(&dev->knode_bus, &bus->klist_devices);

           ret 0;

       else

           dev->is_registered 0;

    }

    return ret;

}

3.5 dd.c文件

在文件drivers/base/dd.c中实现了device_attach()函数。

3.5.1 device_attach()函数

 

int device_attach(struct device dev)

{

    int ret 0;

 

    down(&dev->sem);

    if (dev->driver) {

       ret device_bind_driver(dev);

       if (ret == 0)

           ret 1;

    else

       ret bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach);

    up(&dev->sem);

    return ret;

}

 

static int __device_attach(struct device_driver drv, void data)

{

    struct device dev data;

    //在此之后,利用驱动信息来探测设备,参考第一部分的介绍

    return driver_probe_device(drv, dev);

}

3.5.2 device_bind_driver()函数

 

int device_bind_driver(struct device *dev)

{

    int ret;

 

    ret driver_sysfs_add(dev);

    if (!ret)

       driver_bound(dev); //通知链

    return ret;

}

 

到此,设备与驱动的两种绑定方式:在设备注册时进行绑定及在驱动注册时进行绑定就介绍完了

 

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