Linux 常见驱动框架

一、V4L2驱动框架

v4l2驱动框架主要对象：

（1）video_device：一个字符设备，为用户空间提供设备节点(/dev/videox)，提供系统调用的相关操作(open、ioctl…)

（2）v4l2_device：嵌入到video_device中，表示一个v4l2设备

（3）v4l2_subdev：表示一个v4l2设备的子设备，一个v4l2_devide下可以有多个sub_device

（4）videobuf：v4l2驱动的缓存管理

1、核心层负责注册字符设备，然后提供video_device对象和相应的注册接口给硬件相关层使用

2、硬件相关层需要分配一个video_device并设置它，然后向核心层注册，核心层会为其注册字符设备并且创建设备节点(/dev/videox)。同时硬件相关层还需要分配和设置相应的v4l2_device和v4l2_subdev，其中v4l2_device的一个比较重要的意义就是管理v4l2_subdev，当然有一些驱动并不需要实现v4l2_subdev，此时v4l2_device的意义就不是很大了

3、当应用层通过/dev/video来操作设备的时候，首先会来到V4L2的核心层，核心层通过注册进video_device的回调函数调用相应的操作函数，video_device可以直接操作硬件或者是通过v4l2_subdev来操作硬件

三、I2C驱动框架

先了解一下IIC通信协议：

开始信号（S）：SCL为高电平时，SDA山高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号（P）：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
响应信号(ACK)：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA
SDA上传输的数据必须在SCL为高电平期间保持稳定，SDA上的数据只能在SCL为低电平期间变化

 在IIC驱动中有几个比较重要的对象：

1、i2c_adatper：描述一个实际的 IIC 物理硬件，I2C驱动和I2C设备，我们需要通过I2C驱动去和I2C设备通讯，这其中就需要一个I2C设配器，I2C设配器对应的就是SOC上的I2C控制器
2、i2c_algorithm：algorithm是算法的意思，对应的就是如何发送I2C时序
3、i2c_client：描述一个挂接到 IIC 总线上的具体物理设备
4、i2c_driver：用于描述一个 IIC 设备的驱动

i2c_adapter里面有两个重要的成员，nr表示第几个i2c总线（i2c controller），i2c_algorithm（用来收发I2C数据，里面有master_xfer函数）

三、input子系统框架

        输入子系统由Input driver（驱动层）、Input core（输入子系统核心）、Event handler（事件处理层）三部分组成。一个输入事件，如鼠标移动、键盘按下等通过Input driver -> Input core -> Event handler -> userspace的顺序到达用户空间的应用程序。

• Input driver ：主要实现对硬件设备的读写访问，中断设置，并把硬件产生的事件转换为核心层定义的规范提交给事件处理层。

• Input core ：承上启下。为设备驱动层提供了规范和接口；通知事件处理层对事件进行处理；

• Event handler ：提供用户编程的接口（设备节点），并处理驱动层提交的数据处理。

input.c为这个子系统的核心，提供了两个重要的链表：

1、input_handler_list ： 是这个input子系统的所有handler的链表

2、 input_dev_list  ： 是这个子系统的所有device的链表

重要的结构体：

1、内核用input_dev结构体表示一个输入设备(鼠标，键盘，触摸屏).

2、输入设备需要向内核上报一个事件，内核中用input_event表示一个事件

3、其中type表示哪类事件，比如EV_REL表示相对位移(比如鼠标)，EV_ABS表示绝对位置(比如触摸屏)

四、USB驱动框架 

        USB 是一种分层总线结构。USB 设备与主机之间的数据传输由 USB 控制器控制。Linux USB 驱动程序架构如下图所示。Linux USB 主机驱动包括三部分：USB 主机控制器驱动、USB 核心和 USB 设备驱动。

目前的USB驱动都很成熟，很多时候，只需要添加VID,PID等信息即可使用。

1、USB Core

（1）USB Core这个模块是纯软件部分，并不代表一个设备，是独立于硬件的协议栈，它是所有USB设备赖以生存的模块，即USB子系统的核心。代码位于kernel/drivers/usb/core目录下。

（2）USB的初始化函数在kernel/drivers/usb/core/usb.c中定义，主要完成bus_register（USB总线注册）、usb_major_init（注册usb主控器字符设备）、usb_register（注册usbfs驱动）、usb_hub_init（USB Hub初始化，注册hub驱动、创建内核守护线程来监测hub端口的状态变化）等工作

2、USB HCD（Host Controller Driver）

硬件主机控制器Host Controller之上运行的是HCD，是对主机控制器硬件的一个抽象，实现核心层与控制器之间的对话接口，USB HCD包含多种USB接口规范：

（1）UHCI：Intel提供，通用主机控制接口，USB1.0/1.1；

（2）OHCI：微软提供，开放主机控制接口，USB1.0/1.1；

（3）EHCI：增强主机控制接口，USB2.0；

3、USB Device Driver

        在Linux内核中，使用 struct usb_driver结构体来描述一个USB驱动，通过usb_register在USB驱动中注册进内核。

因此USB设备驱动开发，主要包含如下两个部分：

• 分配/设置usb_driver结构体，实现并填充结构体内容
• 注册usb_driver