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Linux内核必备知识点-platform总线详解

haoteby 2025-02-16 20:55 14 浏览

platform总线是学习linux驱动必须要掌握的一个知识点。

本文参考已发布：Linux 3.14内核

一、概念

嵌入式系统中有很多的物理总线：I2c、SPI、USB、uart、PCIE、APB、AHB

linux从2.6起就加入了一套新的驱动管理和注册的机制platform平台总线，是一条虚拟的总线,并不是一个物理的总线。

相比 PCI、USB，它主要用于描述SOC上的片上资源。platform 所描述的资源有一个共同点：在CPU 的总线上直接取址。

平台设备会分到一个名称（用在驱动绑定中）以及一系列诸如地址和中断请求号（IRQ）之类的资源。

设备用platform_device表示，驱动用platform_driver进行注册。

与传统的bus/device/driver机制相比，platform由内核进行统一管理，在驱动中使用资源，提高了代码的安全性和可移植性。

二、platform

1. platform总线两个最重要的结构体

platform维护的所有的驱动都必须要用该结构体定义：

platform_driver

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?(*resume)(struct?platform_device?*);
?struct?device_driver?driver;
?const?struct?platform_device_id?*id_table;
?bool?prevent_deferred_probe;
};

该结构体，用于注册驱动到platform总线，


我们编写驱动的时候往往需要填充以上几个成员

platform_device

platform总线用于描述设备硬件信息的结构体，包括该硬件的所有资源（io，memory、中断、DMA等等）。

struct?platform_device?{
?const?char?*name;
?int??id;
?bool??id_auto;
?struct?device?dev;
?u32??num_resources;
?struct?resource?*resource;

?const?struct?platform_device_id?*id_entry;

?/*?MFD?cell?pointer?*/
?struct?mfd_cell?*mfd_cell;

?/*?arch?specific?additions?*/
?struct?pdev_archdata?archdata;
};



struct device dev->release()必须实现，

其中描述硬件信息的成员struct resource

0x139d0000

struct?resource?{
?resource_size_t?start;??//表示资源的起始值，???????????
?resource_size_t?end;????//表示资源的最后一个字节的地址，?如果是中断，end和satrt相同
?const?char?*name;???//?可不写??
?unsigned?long?flags;?//资源的类型
?struct?resource?*parent,?*sibling,?*child;
};
flags的类型说明

#define?IORESOURCE_MEM??0x00000200????//内存
#define?IORESOURCE_IRQ??0x00000400????//中断

内核管理的所有的驱动，都必须包含一个叫struct device_driver成员， 描述的硬件，必须包含struct device结构体成员。 /

struct?device_driver?{
?const?char??*name;??????
?struct?bus_type??*bus;

?struct?module??*owner;
?const?char??*mod_name;?/*?used?for?built-in?modules?*/

?bool?suppress_bind_attrs;?/*?disables?bind/unbind?via?sysfs?*/

?const?struct?of_device_id?*of_match_table;
?const?struct?acpi_device_id?*acpi_match_table;

?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);
?const?struct?attribute_group?**groups;

?const?struct?dev_pm_ops?*pm;

?struct?driver_private?*p;
};

其中：

const?char??*name;

用于和硬件进行匹配。

内核描述硬件，必须包含struct device结构体成员：

struct?device?{
?struct?device??*parent;

?struct?device_private?*p;

?struct?kobject?kobj;
?const?char??*init_name;?/*?initial?name?of?the?device?*/
?const?struct?device_type?*type;

?struct?mutex??mutex;?/*?mutex?to?synchronize?calls?to
??????*?its?driver.
??????*/

?struct?bus_type?*bus;??/*?type?of?bus?device?is?on?*/
?struct?device_driver?*driver;?/*?which?driver?has?allocated?this
????????device?*/
?void??*platform_data;?/*?Platform?specific?data,?device
????????core?doesn't?touch?it?*/
?struct?dev_pm_info?power;
?struct?dev_pm_domain?*pm_domain;

#ifdef?CONFIG_PINCTRL
?struct?dev_pin_info?*pins;
#endif

#ifdef?CONFIG_NUMA
?int??numa_node;?/*?NUMA?node?this?device?is?close?to?*/
#endif
?u64??*dma_mask;?/*?dma?mask?(if?dma'able?device)?*/
?u64??coherent_dma_mask;/*?Like?dma_mask,?but?for
??????????alloc_coherent?mappings?as
??????????not?all?hardware?supports
??????????64?bit?addresses?for?consistent
??????????allocations?such?descriptors.?*/

?struct?device_dma_parameters?*dma_parms;

?struct?list_head?dma_pools;?/*?dma?pools?(if?dma'ble)?*/

?struct?dma_coherent_mem?*dma_mem;?/*?internal?for?coherent?mem
??????????override?*/
#ifdef?CONFIG_DMA_CMA
?struct?cma?*cma_area;??/*?contiguous?memory?area?for?dma
????????allocations?*/
#endif
?/*?arch?specific?additions?*/
?struct?dev_archdata?archdata;

?struct?device_node?*of_node;?/*?associated?device?tree?node?*/
?struct?acpi_dev_node?acpi_node;?/*?associated?ACPI?device?node?*/

?dev_t???devt;?/*?dev_t,?creates?the?sysfs?"dev"?*/
?u32???id;?/*?device?instance?*/

?spinlock_t??devres_lock;
?struct?list_head?devres_head;

?struct?klist_node?knode_class;
?struct?class??*class;
?const?struct?attribute_group?**groups;?/*?optional?groups?*/

?void?(*release)(struct?device?*dev);
?struct?iommu_group?*iommu_group;

?bool???offline_disabled:1;
?bool???offline:1;
};

其中：

void?(*release)(struct?device?*dev);

不能为空。

2. 如何注册

要用注册一个platform驱动的步骤

1）注册设备platform_device_register

/**
?*?platform_device_register?-?add?a?platform-level?device
?*?@pdev:?platform?device?we're?adding
?*/
int?platform_device_register(struct?platform_device?*pdev)
{
?device_initialize(&pdev->dev);
?arch_setup_pdev_archdata(pdev);
?return?platform_device_add(pdev);
}

2） 注册驱动platform_driver_register

#define?platform_driver_register(drv)?\
?__platform_driver_register(drv,?THIS_MODULE)

三、举例

1. 开发步骤

platform 总线下驱动的开发步骤是：

设备

需要实现的结构体是：platform_device 。

1）初始化 resource 结构变量

2）初始化 platform_device 结构变量

3）向系统注册设备：platform_device_register。

以上三步，必须在设备驱动加载前完成，即执行platform_driver_register（）之前，原因是驱动注册时需要匹配内核中所有已注册的设备名。

platform_driver_register（）中添加device到内核最终还是调用的device_add函数。

Platform_device_add和device_add最主要的区别是多了一步insert_resource（p, r），即将platform资源（resource）添加进内核，由内核统一管理。

驱动

驱动注册中，需要实现的结构体是：platform_driver 。

在驱动程序的初始化函数中，调用了platform_driver_register（）注册 platform_driver 。

需要注意的是：platform_driver 和 platform_device 中的 name 变量的值必须是相同的【在不考虑设备树情况下，关于设备树，后面会写新的文章详细讲述】 。

这样在 platform_driver_register（） 注册时，会将当前注册的 platform_driver 中的 name 变量的值和已注册的所有 platform_device 中的 name 变量的值进行比较，只有找到具有相同名称的 platform_device 才能注册成功。

当注册成功时，会调用 platform_driver 结构元素 probe 函数指针。

实例1

本例比较简单，只用于测试platform_driver 和platform_device是否可以匹配成功。

左边是platform_device结构体注册的代码，右边是platform_driver结构体注册的代码。

platform_driver 定义和注册：

?1?#include?
??2?#include?
??3?#include?
??4?#include?
??5?
??6?static?int?hello_probe(struct?platform_device?*pdev)
??7?{
??8?????printk("match?ok?\n");
??9?????return?0;
?10?}
?11?static??int?hello_remove(struct?platform_device?*pdev)
?12?{
?13?????printk("hello_remove?\n");
?14?????return?0;
?15?}
?16?static?struct?platform_driver?hello_driver?=
?17?{
?18?????.probe?=?hello_probe,
?19?????.driver.name?=?"duang",
?20?????.remove?=?hello_remove,?????
?21?};
?22?static?int?hello_init(void)
?23?{
?24?????printk("hello_init?\n");
?25?????return?platform_driver_register(&hello_driver);
?26?}
?27?static?void?hello_exit(void)
?28?{
?29?????printk("hello_exit?\n");
?30?????platform_driver_unregister(&hello_driver);
?31?????return;
?32?}
?33?MODULE_LICENSE("GPL");
?34?module_init(hello_init);
?35?module_exit(hello_exit);

platform_device定义和注册：

??1?#include?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
??2?#include?
??3?#include?
??4?#include?
??5?
??6?static?void?hello_release(struct?device?*dev)
??7?{
??8??????return;
??9?}
?10?static?struct?platform_device?hello_device?=
?11?{
?12?????.name?=?"duang",
?13?????.id?=?-1,
?14?????.dev.release?=?hello_release,
?15?};
?16?
?17?
?18?static?int?hello_init(void)
?19?{
?20?????printk("hello_init?\n");
?21?????return?platform_device_register(&hello_device);
?22?
?23?}
?24?static?void?hello_exit(void)
?25?{
?26?????printk("hello_exit?\n");
?27?????platform_device_unregister(&hello_device);
?28?????return;
?29?}
?30?MODULE_LICENSE("GPL");
?31?module_init(hello_init);
?32?module_exit(hello_exit);

该程序只用于测试platform框架是否可以成功匹配，struct platform_device hello_device 并没有设置任何硬件信息。

Makfile

??1?ifneq?($(KERNELRELEASE),)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
??2?obj-m:=device.o?driver.o
??3?else
??4?KDIR?:=/lib/modules/$(shell?uname?-r)/build
??5?PWD??:=$(shell?pwd)
??6?all:
??7?????make?-C?$(KDIR)?M=$(PWD)?modules
??8?clean:
??9?????rm?-f?*.ko?*.o?*.mod.o?*.symvers?*.cmd??*.mod.c?*.order
?10?endif

该makefile可以同时将两个C文件编译成ko文件。

编译：


编译生成的文件：


加载模块

清空log信息
sudo?dmesg?-c


实例2

给结构体platform_device 增加硬件信息，并在内核中能够读取出来。本例向结构体hello_device 增加信息如下：

  1. 基址寄存器地址0x139d0000，该地址的空间是0x4
  2. 中断号199 【注意】 实际的内核中会把外设的中断号根据HW id（通常soc厂商设备soc的时候会给每一个中断源定义好唯一的ID）计算出一个新的中断号，该中断号会被cpu所识别。

device.c

struct?resource?res[]={
?[0]?={
??.start?=?0x139d0000,
??.end??=?0x139d0000?+?0x3,
??.flags?=?IORESOURCE_MEM,
?},

?[1]?={
??.start?=?199,
??.end??=?199,
??.flags?=?IORESOURCE_IRQ,
?},?
};
static?struct?platform_device?hello_device?=?
{
?.name?=?"duang",
?.id?=?-1,
?.dev.release?=?hello_release,?
?.num_resources?=?ARRAY_SIZE(res),
?.resource?=?res,
};

driver.c

static?int?hello_probe(struct?platform_device?*pdev)
{
?printk("match?ok?\n");

?printk("mem?=?%x?\n",pdev->resource[0].start);
?printk("irq?=?%d?\n",pdev->resource[1].start);

?//注册中断、申请内存
?return?0;
}

重新编译，卸载第一个例子的模块，并清除log：

make
sudo?rmmod?device?
sudo?rmmod?driver
sudo?dmesg?-c

执行

由结果可知，probe函数正确读取到了硬件信息。

四、platform_device是如何管理的？

1. 没有设备树

在没有设备树的时候，以三星Cortex-A8 s5pc100为例，硬件信息放在以下位置

arch\arm\mach-s5pc100\Mach-smdkc100.c
arch\arm\plat-samsung\



该数组存放了，内核启动需要初始化的硬件的信息。

2. 如果有设备树

内核会有设备初始化的完整代码，会在内核启动的时候把设备树信息解析初始化，把硬件信息初始化到对应的链表中。在总线匹配成功后，会把硬件的信息传递给probe()函数。

四、总线相关的其他的知识点

1. 内核总线相关结构体变量

内核维护的所有的总线都需要用以下结构体注册一个变量。

struct?bus_type?{
?const?char??*name;
?const?char??*dev_name;
?struct?device??*dev_root;
?struct?device_attribute?*dev_attrs;?/*?use?dev_groups?instead?*/
?const?struct?attribute_group?**bus_groups;
?const?struct?attribute_group?**dev_groups;
?const?struct?attribute_group?**drv_groups;

?int?(*match)(struct?device?*dev,?struct?device_driver?*drv);
?int?(*uevent)(struct?device?*dev,?struct?kobj_uevent_env?*env);
?int?(*probe)(struct?device?*dev);???
?int?(*remove)(struct?device?*dev);
?void?(*shutdown)(struct?device?*dev);

?int?(*online)(struct?device?*dev);
?int?(*offline)(struct?device?*dev);

?int?(*suspend)(struct?device?*dev,?pm_message_t?state);
?int?(*resume)(struct?device?*dev);

?const?struct?dev_pm_ops?*pm;

?struct?iommu_ops?*iommu_ops;

?struct?subsys_private?*p;
?struct?lock_class_key?lock_key;
};

platform总线变量的定义struct bus_type platform_bus_type定义如下：

struct?bus_type?platform_bus_type?=?{
?.name??=?"platform",
?.dev_groups?=?platform_dev_groups,
?.match??=?platform_match,
?.uevent??=?platform_uevent,
?.pm??=?&platform_dev_pm_ops,
};

其中最重要的成员是**.match**。

当有设备的硬件信息注册到platform_bus_type 总线的时候，会遍历所有platform总线维护的驱动， 通过名字来匹配，如果相同，就说明硬件信息和驱动匹配，就会调用驱动的platform_driver ->probe函数,初始化驱动的所有资源，让该驱动生效。

当有设备的驱动注册到platform_bus_type 总线的时候，会遍历所有platform总线维护的硬件信息， 通过名字来匹配，如果相同，就说明硬件信息和驱动匹配，就会调用驱动的platform_driver ->probe函数,初始化驱动的所有资源，让该驱动生效。

注册位置

drivers\base\Platform.c


五、注册代码流程详解

捋架构的好处，就是可以帮助我们定位问题

1. match函数何时被调用到？

2. probe函数何时被调用到

以下是上述两个问题代码的调用流程：


后面我们会再详细介绍设备树。

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