platform设备驱动全透析

1.1 platform总线、设备与驱动

在Linux 2.6的设备驱动模型中，关心总线、设备和驱动这3个实体，总线将设备和驱动绑定。在系统每注册一个设备的时候，会寻找与之匹配的驱动；相反的，在系统每注册一个驱动的时候，会寻找与之匹配的设备，而匹配由总线完成。

一个现实的Linux设备和驱动通常都需要挂接在一种总线上，对于本身依附于PCI、USB、I² C、SPI等的设备而言，这自然不是问题，但是在嵌入式系统里面，SoC系统中集成的独立的外设控制器、挂接在SoC内存空间的外设等确不依附于此类总线。基于这一背景，Linux发明了一种虚拟的总线，称为platform总线，相应的设备称为platform_device，而驱动成为platform_driver。

注意，所谓的platform_device并不是与字符设备、块设备和网络设备并列的概念，而是Linux系统提供的一种附加手段，例如，在S3C6410处理器中，把内部集成的I² C、RTC、SPI、LCD、看门狗等控制器都归纳为platform_device，而它们本身就是字符设备。platform_device结构体的定义如代码清单1所示。

代码清单1 platform_device结构体

1 struct platform_device {

2 const char * name;/* 设备名 */

3 u32 id;

4 struct device dev;

5 u32 num_resources;/* 设备所使用各类资源数量 */

6 struct resource * resource;/* 资源 */

7 };

platform_driver这个结构体中包含probe()、remove()、shutdown()、suspend()、resume()函数，通常也需要由驱动实现，如代码清单2。

代码清单2 platform_driver结构体

1 struct platform_driver {

2 int (*probe)(struct platform_device *);

3 int (*remove)(struct platform_device *);

4 void (*shutdown)(struct platform_device *);

5 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);

6 int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state);

7 int (*resume_early)(struct platform_device *);

8 int (*resume)(struct platform_device *);

9 struct pm_ext_ops *pm;

10 struct device_driver driver;

11};

系统中为platform总线定义了一个bus_type的实例platform_bus_type，其定义如代码清单15.3。

代码清单15.3 platform总线的bus_type 实例platform_bus_type

1 struct bus_type platform_bus_type = {

2 .name = "platform",

3 .dev_attrs = platform_dev_attrs,

4 .match = platform_match,

5 .uevent = platform_uevent,

6 .pm = PLATFORM_PM_OPS_PTR,

7 };

8 EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);

这里要重点关注其match()成员函数，正是此成员表明了platform_device和platform_driver之间如何匹配，如代码清单4所示。

代码清单4 platform_bus_type的match()成员函数

1 static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)

2 {

3 struct platform_device *pdev;

4

5 pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev);

6 return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);

7 }

从代码清单4的第6行可以看出，匹配platform_device和platform_driver主要看二者的name字段是否相同。

对platform_device的定义通常在BSP的板文件中实现，在板文件中，将platform_device归纳为一个数组，最终通过platform_add_devices()函数统一注册。platform_add_devices()函数可以将平台设备添加到系统中，这个函数的原型为：

int platform_add_devices(struct platform_device **devs, int num);

该函数的第一个参数为平台设备数组的指针，第二个参数为平台设备的数量，它内部调用了platform_device_register()函数用于注册单个的平台设备。

1.2 将globalfifo作为platform设备

现在我们将前面章节的globalfifo驱动挂接到platform总线上，要完成2个工作:

1. 将globalfifo移植为platform驱动。

2. 在板文件中添加globalfifo这个platform设备。

为完成将globalfifo移植到platform驱动的工作，需要在原始的globalfifo字符设备驱动中套一层platform_driver的外壳，如代码清单5。注意进行这一工作后，并没有改变globalfifo是字符设备的本质，只是将其挂接到了platform总线。

代码清单5 为globalfifo添加platform_driver

1 static int __devinit globalfifo_probe(struct platform_device *pdev)

2 {

3 int ret;

4 dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0);

5

6 /* 申请设备号*/

7 if (globalfifo_major)

8 ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo");

9 else { /* 动态申请设备号 */

10 ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalfifo");

11 globalfifo_major = MAJOR(devno);

12 }

13 if (ret < 0)

14 return ret;

15 /* 动态申请设备结构体的内存*/

16 globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL);

17 if (!globalfifo_devp) { /*申请失败*/

18 ret = - ENOMEM;

19 goto fail_malloc;

20 }

21

22 memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));

23

24 globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0);

25

26 init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem); /*初始化信号量*/

27 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); /*初始化读等待队列头*/

28 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); /*初始化写等待队列头*/

29

30 return 0;

31

32 fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);

33 return ret;

34 }

35

36 static int __devexit globalfifo_remove(struct platform_device *pdev)

37 {

38 cdev_del(&globalfifo_devp->cdev); /*注销cdev*/

39 kfree(globalfifo_devp); /*释放设备结构体内存*/

40 unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1); /*释放设备号*/

41 return 0;

42 }

43

44 static struct platform_driver globalfifo_device_driver = {

45 .probe = globalfifo_probe,

46 .remove = __devexit_p(globalfifo_remove),

47 .driver = {

48 .name = "globalfifo",

49 .owner = THIS_MODULE,

50 }

51 };

52

53 static int __init globalfifo_init(void)

54 {

55 return platform_driver_register(&globalfifo_device_driver);

56 }

57

58 static void __exit globalfifo_exit(void)

59 {

60 platform_driver_unregister(&globalfifo_device_driver);

61 }

62

63 module_init(globalfifo_init);

64 module_exit(globalfifo_exit);

在代码清单5中，模块加载和卸载函数仅仅通过platform_driver_register()、platform_driver_unregister()函数进行platform_driver的注册与注销，而原先注册和注销字符设备的工作已经被移交到platform_driver的probe()和remove()成员函数中。

代码清单5未列出的部分与原始的globalfifo驱动相同，都是实现作为字符设备驱动核心的file_operations的成员函数。

为了完成在板文件中添加globalfifo这个platform设备的工作，需要在板文件（对于LDD6410而言，为arch/arm/mach-s3c6410/ mach-ldd6410.c）中添加相应的代码，如代码清单6。

代码清单6 globalfifo对应的platform_device

1 static struct platform_device globalfifo_device = {

2 .name = "globalfifo",

3 .id = -1,

4 };

对于LDD6410开发板而言，为了完成上述globalfifo_device这一platform_device的注册，只需要将其地址放入arch/arm/mach-s3c6410/ mach-ldd6410.c中定义的ldd6410_devices数组，如：

static struct platform_device *ldd6410_devices[] __initdata = {

+ & globalfifo_device,

#ifdef CONFIG_FB_S3C_V2

&s3c_device_fb,

#endif

&s3c_device_hsmmc0,

...

}

在加载LDD6410驱动后，在sysfs中会发现如下结点：

/sys/bus/platform/devices/globalfifo/

/sys/devices/platform/globalfifo/

留意一下代码清单5的第48行和代码清单6的第2行，platform_device和platform_driver的name一致，这是二者得以匹配的前提。

1.3 platform设备资源和数据

留意一下代码清单1中platform_device结构体定义的第5~6行，描述了platform_device的资源，资源本身由resource结构体描述，其定义如代码清单7。

代码清单7 resouce结构体定义

1 struct resource {

2 resource_size_t start;

3 resource_size_t end;

4 const char *name;

5 unsigned long flags;

6 struct resource *parent, *sibling, *child;

7 };

我们通常关心start、end和flags这3个字段，分别标明资源的开始值、结束值和类型，flags可以为IORESOURCE_IO、IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IRQ、IORESOURCE_DMA等。start、end的含义会随着flags而变更，如当flags为IORESOURCE_MEM时，start、end分别表示该platform_device占据的内存的开始地址和结束地址；当flags为IORESOURCE_IRQ时，start、end分别表示该platform_device使用的中断号的开始值和结束值，如果只使用了1个中断号，开始和结束值相同。对于同种类型的资源而言，可以有多份，譬如说某设备占据了2个内存区域，则可以定义2个IORESOURCE_MEM资源。

对resource的定义也通常在BSP的板文件中进行，而在具体的设备驱动中透过platform_get_resource()这样的API来获取，此API的原型为：

struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *, unsigned int, unsigned int);

譬如在LDD6410开发板的板文件中为DM9000网卡定义了如下resouce：

static struct resource ldd6410_dm9000_resource[] = {

[0] = {

.start = 0x18000000,

.end = 0x18000000 + 3,

.flags = IORESOURCE_MEM

},

[1] = {

.start = 0x18000000 + 0x4,

.end = 0x18000000 + 0x7,

.flags = IORESOURCE_MEM

},

[2] = {

.start = IRQ_EINT(7),

.end = IRQ_EINT(7),

.flags = IORESOURCE_IRQ | IORESOURCE_IRQ_HIGHLEVEL,

}

};

在DM9000网卡的驱动中则是通过如下办法拿到这3份资源：

db->addr_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);

db->data_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 1);

db->irq_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);

对于IRQ而言，platform_get_resource()还有一个进行了封装的变体platform_get_irq()，其原型为：

int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num);

它实际上调用了“platform_get_resource(dev, IORESOURCE_IRQ, num);”。

设备除了可以在BSP中定义资源以外，还可以附加一些数据信息，因为对设备的硬件描述除了中断、内存、DMA通道以外，可能还会有一些配置信息，而这些配置信息也依赖于板，不适宜直接放置在设备驱动本身，因此，platform也提供了platform_data的支持。platform_data的形式是自定义的，如对于DM9000网卡而言，platform_data为一个dm9000_plat_data结构体，我们就可以将MAC地址、总线宽度、有无EEPROM信息放入platform_data：

static struct dm9000_plat_data ldd6410_dm9000_platdata = {

.flags = DM9000_PLATF_16BITONLY | DM9000_PLATF_NO_EEPROM,

.dev_addr = { 0x0, 0x16, 0xd4, 0x9f, 0xed, 0xa4 },

};

static struct platform_device ldd6410_dm9000 = {

.name = "dm9000",

.id = 0,

.num_resources = ARRAY_SIZE(ldd6410_dm9000_resource),

.resource = ldd6410_dm9000_resource,

.dev = {

.platform_data = &ldd6410_dm9000_platdata,

}

};

而在DM9000网卡的驱动中，通过如下方式就拿到了platform_data：

struct dm9000_plat_data *pdata = pdev->dev.platform_data;

其中，pdev为platform_device的指针。

由以上分析可知，设备驱动中引入platform的概念至少有如下2大好处：

1. 使得设备被挂接在一个总线上，因此，符合Linux 2.6的设备模型。其结果是，配套的sysfs结点、设备电源管理都成为可能。

2. 隔离BSP和驱动。在BSP中定义platform设备和设备使用的资源、设备的具体配置信息，而在驱动中，只需要通过通用API去获取资源和数据，做到了板相关代码和驱动代码的分离，使得驱动具有更好的可扩展性和跨平台性。