如何实现Linux设备驱动模型

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如何实现Linux 设备驱动模型

设备驱动模型，对系统的所有设备和驱动进行了抽象，形成了复杂的设备树型结构，采用面向对象的方法，抽象出了device 设备、driver 驱动、bus 总线和class 类等概念，所有已经注册的设备和驱动都挂在总线上，总线来完成设备和驱动之间的匹配。总线、设备、驱动以及类之间的关系错综复杂，在Linux 内核中通过kobject 、kset 和subsys 来进行管理，驱动编写可以忽略这些管理机制的具体实现。

设备驱动模型的内部结构还在不停的发生改变，如device 、driver 、bus 等数据结构在不同版本都有差异，但是基于设备驱动模型编程的结构基本还是统一的。

Linux 设备驱动模型是Linux 驱动编程的高级内容，这一节只对device 、driver 等这些基本概念作介绍，便于阅读和理解内核中的代码。实际上，具体驱动也不会孤立的使用这些概念，这些概念都融合在更高层的驱动子系统中。对于大多数读者可以忽略这一节内容。 1.1.1 设备

在Linux 设备驱动模型中，底层用device 结构来描述所管理的设备。device 结构在文件中定义，如程序清单错误！文档中没有指定样式的文字。.1所示。

程序清单错误！文档中没有指定样式的文字。.1 device 数据结构定义

struct device {

struct device *parent; /* 父设备

*/ struct device_private *p; /* 设备的私有数据 */ struct kobject

kobj; /* 设备的kobject 对象 */ const char *init_name; /*设备的初始名字 */ struct device_type *type;

/* 设备类型

*/ struct mutex mutex; /*同步驱动的互斥信号量 */ struct bus_type *bus; /*设备所在的总线类型 */ struct device_driver *driver; /*管理该设备的驱动程序

*/ void

*platform_data;

/*平台相关的数据 */ struct dev_pm_info

power;

/* 电源管理

*/

#ifdef CONFIG_NUMA int numa_node; /*设备接近的非一致性存储结构

*/ #endif

u64 *dma_mask; /* DMA 掩码

*/ u64 coherent_dma_mask; /*设备一致性的DMA 掩码

*/

struct device_dma_parameters *dma_parms; /* DMA 参数

*/ struct list_head

dma_pools; /* DMA 缓冲池

*/ struct dma_coherent_mem

*dma_mem; /* DMA 一致性内存 */ /*体系结构相关的附加项*/ struct dev_archdata archdata;

/* 体系结构相关的数据

*/ #ifdef CONFIG_OF

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注册和注销device 的函数分别是device_register()和device_unregister()，函数原型如下：

int __must_check device_register(struct device *dev); void device_unregister(struct device *dev);

大多数不会在驱动中单独使用device 结构，而是将device 结构嵌入到更高层的描述结构中。例如，内核中用spi_device 来描述SPI 设备，spi_device 结构在文件中定义，是一个嵌入了device 结构的更高层的结构体，如程序清单错误！文档中没有指定样式的文字。.2所示。

程序清单错误！文档中没有指定样式的文字。.2 spi_device 数据结构

struct spi_device {

struct device dev;

/* device 数据结构

*/

struct spi_master *master; u32 max_speed_hz; u8 chip_select; u8 mode; u8 bits_per_word; int irq;

void *controller_state; void *controller_data; char modalias[SPI_NAME_SIZE];

};

系统提供了device_create()函数用于在sysfs/classs 中创建dev 文件，以供用户空间使用。device_create()函数定义如下：

struct device *device_create(struct class *cls, struct device *parent, dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...);

说明：

● cls 是指向将要被注册的class 结构； ● parent 是设备的父指针； ● devt 是设备的设备编号；

● drvdata 是被添加到设备回调的数据； ● fmt 是设备的名字。