Linux作為一種開源的操作系統(tǒng)，其龐大的用戶群體和廣泛的應(yīng)用范圍使得其在各個領(lǐng)域都有著重要的地位。在Linux，platform總線由內(nèi)核進(jìn)行統(tǒng)一管理，在驅(qū)動中使用資源，提高了代碼的安全性和可移植性。由此，platform總線是學(xué)習(xí)linux驅(qū)動必須要掌握的一個知識點(diǎn)。下面我們將詳細(xì)介紹Linux platform總線的概念、結(jié)構(gòu)體、開發(fā)實(shí)例以及其他知識點(diǎn)。

一、platform總線概念

嵌入式系統(tǒng)中有很多的物理總線：I2c、SPI、USB、uart、PCIE、APB、AHB

linux從2.6起就加入了一套新的驅(qū)動管理和注冊的機(jī)制platform平臺總線，是一條虛擬的總線,并不是一個物理的總線。

相比 PCI、USB，它主要用于描述SOC上的片上資源。platform 所描述的資源有一個共同點(diǎn)：在CPU 的總線上直接取址。

平臺設(shè)備會分到一個名稱（用在驅(qū)動綁定中）以及一系列諸如地址和中斷請求號（IRQ）之類的資源。

設(shè)備用platform_device表示，驅(qū)動用platform_driver進(jìn)行注冊。

與傳統(tǒng)的bus/device/driver機(jī)制相比，platform由內(nèi)核進(jìn)行統(tǒng)一管理，在驅(qū)動中使用資源，提高了代碼的安全性和可移植性。

二、platform

1. platform總線兩個最重要的結(jié)構(gòu)體

platform維護(hù)的所有的驅(qū)動都必須要用該結(jié)構(gòu)體定義：

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;
};

該結(jié)構(gòu)體，用于注冊驅(qū)動到platform總線，

我們編寫驅(qū)動的時候往往需要填充以上幾個成員

platform_device

platform總線用于描述設(shè)備硬件信息的結(jié)構(gòu)體，包括該硬件的所有資源（io，memory、中斷、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()必須實(shí)現(xiàn)，

其中描述硬件信息的成員struct resource

0x139d0000

struct resource {
 resource_size_t start;  //表示資源的起始值，           
 resource_size_t end;    //表示資源的最后一個字節(jié)的地址， 如果是中斷，end和satrt相同
 const char *name;   // 可不寫  
 unsigned long flags; //資源的類型
 struct resource *parent, *sibling, *child;
};
flags的類型說明

#define IORESOURCE_MEM  0x00000200    //內(nèi)存
#define IORESOURCE_IRQ  0x00000400    //中斷

內(nèi)核管理的所有的驅(qū)動，都必須包含一個叫struct device_driver成員，  //男性描述的硬件，必須包含struct device結(jié)構(gòu)體成員。                                  //女性

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;

用于和硬件進(jìn)行匹配。

內(nèi)核描述硬件，必須包含struct device結(jié)構(gòu)體成員：

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);

不能為空。

2. 如何注冊

要用注冊一個platform驅(qū)動的步驟

1）注冊驅(qū)動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） 注冊設(shè)備platform_driver_register

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

三、舉例

1. 開發(fā)步驟

platform 總線下驅(qū)動的開發(fā)步驟是：

設(shè)備

需要實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體是：platform_device 。

1）初始化 resource 結(jié)構(gòu)變量

2）初始化 platform_device 結(jié)構(gòu)變量

3）向系統(tǒng)注冊設(shè)備：platform_device_register。

以上三步，必須在設(shè)備驅(qū)動加載前完成，即執(zhí)行platform_driver_register（）之前，原因是驅(qū)動注冊時需要匹配內(nèi)核中所有已注冊的設(shè)備名。

platform_driver_register（）中添加device到內(nèi)核最終還是調(diào)用的device_add函數(shù)。

Platform_device_add和device_add最主要的區(qū)別是多了一步insert_resource（p, r），即將platform資源（resource）添加進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理。

驅(qū)動

驅(qū)動注冊中，需要實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體是：platform_driver 。

在驅(qū)動程序的初始化函數(shù)中，調(diào)用了platform_driver_register（）注冊 platform_driver 。

需要注意的是：platform_driver 和 platform_device 中的 name 變量的值必須是相同的【在不考慮設(shè)備樹情況下，關(guān)于設(shè)備樹，后面會寫新的文章詳細(xì)講述】 。

這樣在 platform_driver_register（） 注冊時，會將當(dāng)前注冊的 platform_driver 中的 name 變量的值和已注冊的所有 platform_device 中的 name 變量的值進(jìn)行比較，只有找到具有相同名稱的 platform_device 才能注冊成功。

當(dāng)注冊成功時，會調(diào)用 platform_driver 結(jié)構(gòu)元素 probe 函數(shù)指針。

實(shí)例1

本例比較簡單，只用于測試platform_driver 和platform_device是否可以匹配成功。

左邊是platform_device結(jié)構(gòu)體注冊的代碼，右邊是platform_driver結(jié)構(gòu)體注冊的代碼。

platform_driver 定義和注冊：

 1 #include <linux/init.h>
  2 #include <linux/module.h>
  3 #include <linux/platform_device.h>
  4 #include <linux/ioport.h>
  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定義和注冊：

  1 #include <linux/init.h>                                                                                                                                                        
  2 #include <linux/module.h>
  3 #include <linux/platform_device.h>
  4 #include <linux/ioport.h>
  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);

該程序只用于測試platform框架是否可以成功匹配，struct platform_device hello_device 并沒有設(shè)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

該makefile可以同時將兩個C文件編譯成ko文件。

編譯：

編譯

編譯生成的文件：

加載模塊

清空log信息
sudo dmesg -c

匹配成功

實(shí)例2

給結(jié)構(gòu)體platform_device 增加硬件信息，并在內(nèi)核中能夠讀取出來。本例向結(jié)構(gòu)體hello_device 增加信息如下：

基址寄存器地址0x139d0000，該地址的空間是0x4

中斷號199 【注意】 實(shí)際的內(nèi)核中會把外設(shè)的中斷號根據(jù)HW id（通常soc廠商設(shè)備soc的時候會給每一個中斷源定義好唯一的ID）計(jì)算出一個新的中斷號，該中斷號會被cpu所識別。

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);

 //注冊中斷、申請內(nèi)存
 return 0;
}

重新編譯，卸載第一個例子的模塊，并清除log：

make
sudo rmmod device 
sudo rmmod driver
sudo dmesg -c

執(zhí)行

由結(jié)果可知，probe函數(shù)正確讀取到了硬件信息。

四、platform_device是如何管理的？

1. 沒有設(shè)備樹

在沒有設(shè)備樹的時候，以三星Cortex-A8  s5pc100為例，硬件信息放在以下位置

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

注冊platform_device

platform_device定義

該數(shù)組存放了，內(nèi)核啟動需要初始化的硬件的信息。

2. 如果有設(shè)備樹

內(nèi)核會有設(shè)備初始化的完整代碼，會在內(nèi)核啟動的時候把設(shè)備樹信息解析初始化，把硬件信息初始化到對應(yīng)的鏈表中。在總線匹配成功后，會把硬件的信息傳遞給probe()函數(shù)。

四、總線相關(guān)的其他的知識點(diǎn)

1. 內(nèi)核總線相關(guān)結(jié)構(gòu)體變量

內(nèi)核維護(hù)的所有的總線都需要用以下結(jié)構(gòu)體注冊一個變量。

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總線變量的定義struct bus_type platform_bus_type定義如下：

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

其中最重要的成員是**.match**。

當(dāng)有設(shè)備的硬件信息注冊到platform_bus_type 總線的時候，會遍歷所有platform總線維護(hù)的驅(qū)動， 通過名字來匹配，如果相同，就說明硬件信息和驅(qū)動匹配，就會調(diào)用驅(qū)動的platform_driver ->probe函數(shù),初始化驅(qū)動的所有資源，讓該驅(qū)動生效。

當(dāng)有設(shè)備的驅(qū)動注冊到platform_bus_type 總線的時候，會遍歷所有platform總線維護(hù)的硬件信息， 通過名字來匹配，如果相同，就說明硬件信息和驅(qū)動匹配，就會調(diào)用驅(qū)動的platform_driver ->probe函數(shù),初始化驅(qū)動的所有資源，讓該驅(qū)動生效。

注冊位置

drivers\base\Platform.c

platform_bus_type的注冊

五、注冊代碼流程詳解

捋架構(gòu)的好處，就是可以幫助我們定位問題

• 1. match函數(shù)何時被調(diào)用到？
• 2. probe函數(shù)何時被調(diào)用到

以下是上述兩個問題代碼的調(diào)用流程：

代碼調(diào)用流程

備注：本文參考已發(fā)布：Linux 3.14內(nèi)核

重要聲明：本文來自一口Linux，經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有，不代表銳成觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多知識和信息。