Linux内核与驱动：10.平台总线platform

在 Linux 驱动开发中platform 是最常见、最基础的一类驱动模型。尤其是在 ARM、嵌入式 Linux、设备树开发里很多 GPIO、LED、按键、UART、I2C 控制器、SPI 控制器等驱动最终都会和 platform 打交道。1.什么是platformplatform 是 Linux 内核中一种虚拟总线机制主要用来管理那些片上外设或不依赖真实可枚举总线的设备。它和 I2C、SPI、USB 不一样。I2C / SPI / USB这些总线是真实存在的物理总线有总线协议有设备挂接关系有设备发现或通信机制platform 没有一条真实“线”在那里它更像是一种软件层面的组织方式把“设备信息”描述出来把“驱动”注册进去然后由内核完成匹配和绑定所以可以把它理解成platform 是 Linux 为“板级设备、SoC 内部设备、片上资源型设备”设计的一种驱动管理框架。为什么需要platform在嵌入式开发里很多设备其实都集成在 SoC 内部比如GPIO 控制器UART 控制器PWM 控制器RTCWatchdogLCD 控制器音频控制器中断控制器这些设备不在 PCI 总线上不是 USB 设备也不是自动枚举出来的那内核怎么知道“板子上有这个设备”这时就需要一种机制来告诉内核这个设备叫什么它的寄存器地址是多少它的中断号是多少它的 GPIO、时钟、复位资源是什么而 platform 就是为这件事服务的。2.platform的核心组成platform 机制里最核心的两个对象是platform_deviceplatform_driver可以简单对应理解成platform_device 描述“设备是什么有哪些资源”。platform_driver 描述“驱动怎么初始化这个设备”。当两者匹配成功后内核就会调用驱动里的probe使用platform也是“设备”与“实现”的分离是资源解耦的体现低耦合高内聚的体现。3.platform的工作流程使用platform总线与不使用的区别在于使用platform总线就是把之前一个程序写完的驱动写成两个程序device.c和driver.cdevice.c中描述设备的信息driver.c中进行驱动的编写。platform 的基本流程可以概括成设备(platform_device) 注册-驱动(platform_driver) 注册-设备和驱动匹配-匹配成功后调用 probe()注意只有device和driver中定义的name一样才能被匹配3.1platform_deviceplatform_device定义在device.c中用来描述设备本身。常见内容包括设备名字资源信息内存寄存器地址中断号DMA 资源设备树节点信息早期不使用设备树时很多板级代码会手动注册 platform_device例如struct platform_device xxx_device { .name mydev, .id -1, ... };但在现在的 ARM/设备树开发里更常见的情况是platform_device 不是你手动写代码注册而是由设备树自动生成。下面给出一个device.c的最小实现#include linux/module.h #include linux/init.h #include linux/platform_device.h struct resource my_led_resource[] { [0] { .start 0xFDD6000, .end 0xFDD6004, .flags IORESOURCE_MEM, }, [1] { .start 13, .end 13, .flags IORESOURCE_IRQ, } }; void my_dev_release(struct device *dev) { printk(this is dev_release\n); } struct platform_device platform_led { .name my_led, .id -1, .resource my_led_resource, //resource中存的是device的信息寄存器地址/中断号等内容 .num_resources ARRAY_SIZE(my_led_resource), .dev { .release my_dev_release, //dev中必须包含release函数 }, }; static int platform_device_init(void) { platform_device_register(platform_led); } void platform_device_exit(void) { platform_device_unregister(platform_led); } module_init(platform_device_init); module_exit(platform_device_exit); MODULE_LICENSE(GPL);3.2 platform_driverplatform_driver 顾名思义写在driver.c中它通常写成这样static struct platform_driver my_driver { .probe my_probe, .remove my_remove, .driver { .name mydev, }, };最重要的是proberemovedriver.namedriver.of_match_table其中probe设备和驱动匹配成功时调用这是驱动初始化的核心入口。remove驱动卸载或设备解绑时调用用于释放资源。一个driver.c的最小实现#include linux/module.h #include linux/init.h #include linux/platform_device.h #include linux/mod_devicetable.h int my_probe(struct platform_device *dev) { } int my_remove(struct platform_device *dev) { } //使用struct platform_device_id要包含头文件mod_devicetable.h struct platform_device_id my_id_table { .name my_led }; struct platform_driver my_platform_driver { .probe my_probe, .remove my_remove, .driver { .name my_led, .owner THIS_MODULE, }, .id_table my_id_table, //driver和id_table都是声明与device匹配的name的id_table的优先级更高相当于大名 }; static int platform_driver_init(void) { platform_driver_register(my_platform_driver); } void platform_driver_exit(void) { platform_driver_unregister(my_platform_driver); } module_init(platform_driver_init); modele_exit(platform_driver_exit); MODULE_LICENSE(GPL);Platform 匹配是怎么发生的方式一按名字匹配传统方式下platform_device.nameplatform_driver.driver.name/id_table.name如果这两个名字相同就匹配成功。方式二按设备树compatible匹配现在最常见的是设备树方式。4.实验我们分别给出使用platform与不使用platform的点亮led灯的实验驱动代码不使用platform驱动层代码#include linux/init.h #include linux/module.h #include linux/kdev_t.h #include linux/fs.h #include linux/cdev.h #include linux/uaccess.h #include linux/io.h #define GPIO_DR 0xFDD60000 struct device_test{ dev_t dev_num; //设备号 int major ; //主设备号 int minor ; //次设备号 struct cdev cdev_test; // cdev struct class *class; //类 struct device *device; //设备 char kbuf[32]; unsigned int *vir_gpio_dr; }; struct device_test dev1; /*打开设备函数*/ static int cdev_test_open(struct inode *inode, struct file *file) { file-private_datadev1;//设置私有数据 printk(This is cdev_test_open\r\n); return 0; } /*向设备写入数据函数*/ static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { struct device_test *test_dev(struct device_test *)file-private_data; if (copy_from_user(test_dev-kbuf, buf, size) ! 0) // copy_from_user:用户空间向内核空间传数据 { printk(copy_from_user error\r\n); return -1; } if(test_dev-kbuf[0]1){ //如果应用层传入的数据是1则打开灯 *(test_dev-vir_gpio_dr) 0x8000c040; //设置数据寄存器的地址 printk(test_dev-kbuf [0] is %d\n,test_dev-kbuf[0]); //打印传入的数据 } else if(test_dev-kbuf[0]0) //如果应用层传入的数据是0则关闭灯 { *(test_dev-vir_gpio_dr) 0x80004040; //设置数据寄存器的地址 printk(test_dev-kbuf [0] is %d\n,test_dev-kbuf[0]); //打印传入的数据 } return 0; } /**从设备读取数据*/ static ssize_t cdev_test_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { struct device_test *test_dev(struct device_test *)file-private_data; if (copy_to_user(buf, test_dev-kbuf, strlen( test_dev-kbuf)) ! 0) // copy_to_user:内核空间向用户空间传数据 { printk(copy_to_user error\r\n); return -1; } printk(This is cdev_test_read\r\n); return 0; } static int cdev_test_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(This is cdev_test_release\r\n); return 0; } /*设备操作函数*/ struct file_operations cdev_test_fops { .owner THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块 .open cdev_test_open, //将open字段指向chrdev_open(...)函数 .read cdev_test_read, //将open字段指向chrdev_read(...)函数 .write cdev_test_write, //将open字段指向chrdev_write(...)函数 .release cdev_test_release, //将open字段指向chrdev_release(...)函数 }; static int __init chr_fops_init(void) //驱动入口函数 { /*注册字符设备驱动*/ int ret; /*1 创建设备号*/ ret alloc_chrdev_region(dev1.dev_num, 0, 1, alloc_name); //动态分配设备号 if (ret 0) { goto err_chrdev; } printk(alloc_chrdev_region is ok\n); dev1.major MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号 dev1.minor MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号 printk(major is %d \r\n, dev1.major); //打印主设备号 printk(minor is %d \r\n, dev1.minor); //打印次设备号 /*2 初始化cdev*/ dev1.cdev_test.owner THIS_MODULE; cdev_init(dev1.cdev_test, cdev_test_fops); /*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/ ret cdev_add(dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1); if(ret0) { goto err_chr_add; } /*4 创建类*/ dev1. class class_create(THIS_MODULE, test); if(IS_ERR(dev1.class)) { retPTR_ERR(dev1.class); goto err_class_create; } /*5 创建设备*/ dev1.device device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, test); if(IS_ERR(dev1.device)) { retPTR_ERR(dev1.device); goto err_device_create; } /*本实验重点*****/ dev1.vir_gpio_drioremap(GPIO_DR,4); //将物理地址转化为虚拟地址 if(IS_ERR(dev1.vir_gpio_dr)) { retPTR_ERR(dev1.vir_gpio_dr); //PTR_ERR()来返回错误代码 goto err_ioremap; } return 0; err_ioremap: iounmap(dev1.vir_gpio_dr); err_device_create: class_destroy(dev1.class); //删除类 err_class_create: cdev_del(dev1.cdev_test); //删除cdev err_chr_add: unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号 err_chrdev: return ret; } static void __exit chr_fops_exit(void) //驱动出口函数 { /*注销字符设备*/ unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号 cdev_del(dev1.cdev_test); //删除cdev device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num); //删除设备 class_destroy(dev1.class); //删除类 } module_init(chr_fops_init); module_exit(chr_fops_exit); MODULE_LICENSE(GPL v2); MODULE_AUTHOR(topeet);使用platform把注册字符设备的内容放到probe中probe才是真正的入口函数device.c#include linux/module.h #include linux/init.h #include linux/platform_device.h struct resource my_led_resource[] { [0] { .start 0xFDD6000, .end 0xFDD6004, .flags IORESOURCE_MEM, }, [1] { .start 13, .end 13, .flags IORESOURCE_IRQ, } }; void my_dev_release(struct device *dev) { printk(this is dev_release\n); } struct platform_device platform_led { .name my_led, .id -1, .resource my_led_resource, //resource中存的是device的信息寄存器地址/中断号等内容 .num_resources ARRAY_SIZE(my_led_resource), .dev { .release my_dev_release, //dev中必须包含release函数 }, }; static int platform_device_init(void) { platform_device_register(platform_led); } void platform_device_exit(void) { platform_device_unregister(platform_led); } module_init(platform_device_init); module_exit(platform_device_exit); MODULE_LICENSE(GPL);driver.c:#include linux/module.h #include linux/init.h #include linux/platform_device.h #include linux/mod_devicetable.h #include linux/kdev_t.h #include linux/fs.h #include linux/cdev.h #include linux/uaccess.h #include linux/io.h struct device_test{ dev_t dev_num; //设备号 int major ; //主设备号 int minor ; //次设备号 struct cdev cdev_test; // cdev struct class *class; //类 struct device *device; //设备 char kbuf[32]; unsigned int *vir_gpio_dr; }; struct device_test dev1; /*打开设备函数*/ static int cdev_test_open(struct inode *inode, struct file *file) { file-private_datadev1;//设置私有数据 printk(This is cdev_test_open\r\n); return 0; } /*向设备写入数据函数*/ static ssize_t cdev_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { struct device_test *test_dev(struct device_test *)file-private_data; if (copy_from_user(test_dev-kbuf, buf, size) ! 0) // copy_from_user:用户空间向内核空间传数据 { printk(copy_from_user error\r\n); return -1; } if(test_dev-kbuf[0]1){ //如果应用层传入的数据是1则打开灯 *(test_dev-vir_gpio_dr) 0x8000c040; //设置数据寄存器的地址 printk(test_dev-kbuf [0] is %d\n,test_dev-kbuf[0]); //打印传入的数据 } else if(test_dev-kbuf[0]0) //如果应用层传入的数据是0则关闭灯 { *(test_dev-vir_gpio_dr) 0x80004040; //设置数据寄存器的地址 printk(test_dev-kbuf [0] is %d\n,test_dev-kbuf[0]); //打印传入的数据 } return 0; } /**从设备读取数据*/ static ssize_t cdev_test_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off) { struct device_test *test_dev(struct device_test *)file-private_data; if (copy_to_user(buf, test_dev-kbuf, strlen( test_dev-kbuf)) ! 0) // copy_to_user:内核空间向用户空间传数据 { printk(copy_to_user error\r\n); return -1; } printk(This is cdev_test_read\r\n); return 0; } static int cdev_test_release(struct inode *inode, struct file *file) { printk(This is cdev_test_release\r\n); return 0; } /*设备操作函数*/ struct file_operations cdev_test_fops { .owner THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块 .open cdev_test_open, //将open字段指向chrdev_open(...)函数 .read cdev_test_read, //将open字段指向chrdev_read(...)函数 .write cdev_test_write, //将open字段指向chrdev_write(...)函数 .release cdev_test_release, //将open字段指向chrdev_release(...)函数 }; struct resource* myresource; int my_probe(struct platform_device *dev) { int ret; //得到设备信息 myresource platform_get_resource(dev,IORESOURCE_MEM,0); int GPIO_DR myresource-start; /*注册字符设备驱动*/ /*1 创建设备号*/ ret alloc_chrdev_region(dev1.dev_num, 0, 1, alloc_name); //动态分配设备号 if (ret 0) { goto err_chrdev; } printk(alloc_chrdev_region is ok\n); dev1.major MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号 dev1.minor MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号 printk(major is %d \r\n, dev1.major); //打印主设备号 printk(minor is %d \r\n, dev1.minor); //打印次设备号 /*2 初始化cdev*/ dev1.cdev_test.owner THIS_MODULE; cdev_init(dev1.cdev_test, cdev_test_fops); /*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/ ret cdev_add(dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1); if(ret0) { goto err_chr_add; } /*4 创建类*/ dev1. class class_create(THIS_MODULE, test); if(IS_ERR(dev1.class)) { retPTR_ERR(dev1.class); goto err_class_create; } /*5 创建设备*/ dev1.device device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, test); if(IS_ERR(dev1.device)) { retPTR_ERR(dev1.device); goto err_device_create; } /*本实验重点*****/ dev1.vir_gpio_drioremap(GPIO_DR,4); //将物理地址转化为虚拟地址 if(IS_ERR(dev1.vir_gpio_dr)) { retPTR_ERR(dev1.vir_gpio_dr); //PTR_ERR()来返回错误代码 goto err_ioremap; } return 0; err_ioremap: iounmap(dev1.vir_gpio_dr); err_device_create: class_destroy(dev1.class); //删除类 err_class_create: cdev_del(dev1.cdev_test); //删除cdev err_chr_add: unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号 err_chrdev: return ret; } int my_remove(struct platform_device *dev) { } //使用struct platform_device_id要包含头文件mod_devicetable.h struct platform_device_id my_id_table { .name my_led }; struct platform_driver my_platform_driver { .probe my_probe, .remove my_remove, .driver { .name my_led, .owner THIS_MODULE, }, .id_table my_id_table, //driver和id_table都是声明与device匹配的name的id_table的优先级更高相当于大名 }; static int platform_driver_init(void) { platform_driver_register(my_platform_driver); } void platform_driver_exit(void) { /*注销字符设备*/ unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号 cdev_del(dev1.cdev_test); //删除cdev device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num); //删除设备 class_destroy(dev1.class); //删除类 platform_driver_unregister(my_platform_driver); } module_init(platform_driver_init); module_exit(platform_driver_exit); MODULE_LICENSE(GPL);5.总结1. platform 是什么platform 是 Linux 中的一种虚拟总线机制主要用来管理 SoC 内部外设 或 板级固定设备比如 GPIO、LED、UART、PWM 等。2. 为什么需要 platform这类设备通常不在真实物理总线上不能像 USB、PCI 那样自动枚举所以需要 Linux 用一种统一方式来描述设备并匹配驱动。3. 两个核心对象platform_device描述设备本身和资源platform_driver描述驱动如何初始化设备4. 匹配成功后做什么当 platform_device 和 platform_driver 匹配成功后内核会调用驱动里的probe()这个函数是平台驱动最核心的入口。5. 匹配方式现在最常见的是设备树 compatible 匹配设备树写 compatible驱动里写 of_match_table匹配成功后触发 probe()。6. probe 里一般做什么在 probe() 中通常完成获取寄存器资源获取 GPIO / IRQ / 时钟初始化硬件注册字符设备或 miscdevice7. platform 和字符设备的关系它们不是二选一platform 负责底层资源获取和设备初始化字符设备负责给用户态提供 /dev/xxx 接口很多驱动都是platform 字符设备