什么是 Linux 下的 platform 设备驱动

Linux下的字符设备驱动一般都比较简单，只是对IO进行简单的读写操作。但是I2C、SPI、LCD、USB等外设的驱动就比较复杂了，需要考虑到驱动的可重用性，以避免内核中存在大量重复代码，为此人们提出了驱动的分离与分层的思路，演化并诞生出了platform设备驱动

一. 驱动的分离

以I2C接口的三轴加速度传感器为例，传统的设备驱动如下图示：每个平台都有一个ADXL345的驱动，因此设备驱动要重复编写三次

各平台的主机驱动是不同的，但是ADXL345是一样的，因此上图可以精简为一个ADXL345驱动和统一的接口API

实际上，除了ADXL345还有AT24C02、MPU6050等I2C设备，因此实际的驱动框架图如下示

驱动的分离即将主机驱动和设备驱动分隔开来，实际开发中，主机驱动一般由半导体厂家提供，设备驱动也会由器件厂家写好，我们只需要提供设备信息即可。也就是将设备信息从设备驱动中剥离开来，设备驱动使用标准方法获取到设备信息，然后根据获取到的设备信息来初始化设备

因此驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这就是Linux中的总线-驱动-设备模型，也就是常说的驱动分离

如上图示，当向系统注册一个驱动时，总线会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，有的话就将两者联系起来；当向系统中注册一个设备时，总线会在左侧的驱动中查找，看有没有与之匹配的驱动，有的话也联系起来

二. 驱动的分层

Linux下的驱动也是分层的，分层的目的是为了在不同的层处理不同的内容。以input输入子系统为例，input子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等

驱动层：获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给核心层
核心层：处理各种IO模型，并且提供file_operations操作集合
事件层：和用户空间进行交互

三、platform平台驱动模型

实际使用中除了 I2C、 SPI、 USB 等总线外，有的外设并没有总线的概念，但是又要使用总线、驱动和设备模型。因此Linux提出了 platform 虚拟总线，相应的还有 platform 驱动和 platform 设备

3.1 platform总线

Linux内核使用 bus_type 结构体表示总线，此结构体定义在文件 include/linux/device.h

struct bus_type {const char *name; /* 总线名字 */const char *dev_name;struct device *dev_root;struct device_attribute *dev_attrs;const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性 */const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性 */const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性 *///match函数，用于完成设备和驱动之间的匹配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;const struct iommu_ops *iommu_ops;struct subsys_private *p;struct lock_class_key lock_key;
};

platform 总线是 bus_type 的一个具体实例，定义在文件 drivers/base/platform.c

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

上面定义的 platform_bus_type 就是 platform 平台总线，其中的 platform_match 就是匹配函数，定义在文件 drivers/base/platform.c 中

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) {struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);/*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/if (pdev->driver_override)return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);//第一种匹配方式（of类型的匹配），设备树采用的匹配方式/* Attempt an OF style match first */if (of_driver_match_device(dev, drv))return 1;//第二种匹配方式，ACPI匹配方式/* Then try ACPI style match */if (acpi_driver_match_device(dev, drv))return 1;//第三种匹配方式，id_table匹配/* Then try to match against the id table */if (pdrv->id_table)return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;//第四种匹配方式：直接比较驱动和设备的name字段/* fall-back to driver name match */return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

3.2 platform驱动

platform_driver 结构体表示 platform 驱动，此结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中

struct platform_driver {//probe函数，当驱动和设备匹配成功后该函数就会执行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 *);//device_driver结构体类型的driver成员struct device_driver driver;//id_table表，第三种匹配方式需要用到const struct platform_device_id *id_table;bool prevent_deferred_probe;
};
/****************************************/
/***** platform_device_id 结构体定义 *****/
struct platform_device_id {char name[PLATFORM_NAME_SIZE];kernel_ulong_t driver_data;
};
/****************************************/
/******** device_driver 结构体定义 *******/
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 *///of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表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;
};
/****************************************/
/******** of_device_id 结构体定义 ********/
struct of_device_id {char name[32];char type[32];char compatible[128]; //通过compatible属性与驱动进行匹配const void *data;
};

编写 platform 驱动时，先要定义一个 platform_driver 结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及 probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后 probe 函数就会执行，具体的驱动程序在 probe 函数里面编写。

当定义并初始化 platform_driver 结构体变量以后，通过以下函数向内核注册 platform 驱动和从内核卸载 platform 驱动

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)
//driver：要注册的 platform 驱动
//返回值：负数,失败； 0,成功
void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)
//drv：要卸载的 platform 驱动

3.3 platform设备

platform 驱动准备好后，需要 platform 设备。platform_device 结构体表示 platform 设备，需要注意的是：如果内核支持设备树的话，就不再使用 platform_device 来描述设备，而改用设备树了。

platform_device 结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中

struct platform_device {const char *name; //设备名字，要和paltform驱动的name字段相同int id;bool id_auto;struct device dev;u32 num_resources; //资源数量struct resource *resource; //表示资源，即设备信息const struct platform_device_id *id_entry;char *driver_override; /* Driver name to force a match *//* MFD cell pointer */struct mfd_cell *mfd_cell;/* arch specific additions */struct pdev_archdata archdata;
};
/****************************************/
/******** resource 结构体定义 ************/
struct resource {resource_size_t start; //资源的起始信息resource_size_t end;   //资源的终止信息const char *name;     //资源名字unsigned long flags;   //资源类型struct resource *parent, *sibling, *child;
};

在不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写 platform_device 变量来描述设备信息，然后使用以下函数将设备信息注册到 Linux 内核中或从内核中注销掉

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
//pdev：要注册的 platform 设备
//返回值：负数，失败；0，成功
void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)
//pdev：要注销的 platform 设备