Linux驱动：Linux platform总线详解

Linux作为一种开源的操作系统，其庞大的用户群体和广泛的应用范围使得其在各个领域都有着重要的地位。在Linux，platform总线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。由此，platform总线是学习linux驱动必须要掌握的一个知识点。下面我们将详细介绍Linux platform总线的概念、结构体、开发实例以及其他知识点。

一、platform总线概念

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，  //男性描述的硬件，必须包含struct device结构体成员。                                  //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）注册驱动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） 注册设备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 <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定义和注册：

  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);

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

编译生成的文件：

加载模块

清空log信息
sudo dmesg -c

匹配成功

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：

基址寄存器地址0x139d0000，该地址的空间是0x4

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\

注册platform_device

platform_device定义

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

platform_bus_type的注册

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：

代码调用流程

备注：本文参考已发布：Linux 3.14内核

重要声明：本文来自一口Linux，经授权转载，版权归原作者所有，不代表锐成观点，转载的目的在于传递更多知识和信息。