Linux设备驱动模型-Bus

前言

在linux设备驱动模型中，总线可以看作是linux设备模型的核心，系统中的其他设备以及驱动都是以总线为核心围绕。不过驱动程序员在系统中创建一条总线的机会并不多。驱动模型中的总线可以是真是存在的物理总线（USB总线，I2C总线，PCI总线），也可以是为了驱动模型架构设计出的虚拟总线（Platform总线）。为此linux设备驱动模型都将围绕"总线--设备--驱动"来展开，因为符合linux设备驱动模型的设备与驱动都是必须挂载在一个总线上的，无论是实际存在的或者虚拟的。

数据结构

在详细说明bus开始的时候，先需要说明其数据结构，因为一个好的数据结构，就可以很大程度上了解其功能，内核中使用bus_type代表一个总线。

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;const struct iommu_ops *iommu_ops;struct subsys_private *p;struct lock_class_key lock_key;
};

.name: 总线的名称，比如i2c, spi

.dev_name: 通常用户枚举设备的名称，比如常见的i2c-0, i2c-1....

.dev_root: 该bus默认的父设备。

.dev_attrs: 此bus设备上默认的属性。

.bus_groups, dev_groups, drv_groups: 分别是总线, 设备，驱动的属性。

.match: 当一个设备或者驱动添加到此总线上的时候，bus就会调用match对设备和驱动一一匹配的。

.uevent: 当该bus下的任何设备，驱动发生增加，删除的操作时，就会调用到uevnet函数。

.probe，remove: 当一个driver添加到系统的时候，是先会调用bus的probe的，如果bus的probe都没有初始化，则bus下的任何驱动或者设备都无法使用。但是不是所有的bus都会实现probe函数的，虚拟的bus是不存在初始化的。

.supend,resume: bus电源管理回调函数。

.pm: 一组电源管理的回调函数。

p: 一个用来管理总线上设备与驱动的数据结构。

struct subsys_private {struct kset subsys;struct kset *devices_kset;struct list_head interfaces;struct mutex mutex;struct kset *drivers_kset;struct klist klist_devices;struct klist klist_drivers;struct blocking_notifier_head bus_notifier;unsigned int drivers_autoprobe:1;struct bus_type *bus;struct kset glue_dirs;struct class *class;
};

.subsys: 用来表示bus所在的子系统，系统中所有注册的bus都将指向bus_kset。

.devices_kset: 代表该bus下所有设备的集合。

.drivers_kset: 代表该bus下所有驱动的集合。

.interfaces: 用于保存该bus下所有的interface。

.klist_devices: 代表该bus下所有设备的链表。

.klist_drivers: 代表该bus下所有驱动的链表。

.bus_notifier: 该bus创建的通知链。

.drivers_autoprobe: 代表在该bus下注册某一个驱动或者设备的时候，是否需要自动匹配

.bus: 指向所属的bus。

.class: 指向所属的class。

BUS相关的函数

buses_init（创建bus/system集合）

int __init buses_init(void)
{bus_kset = kset_create_and_add("bus", &bus_uevent_ops, NULL);if (!bus_kset)return -ENOMEM;system_kset = kset_create_and_add("system", NULL, &devices_kset->kobj);if (!system_kset)return -ENOMEM;return 0;
}

通过上述的操作将在sysfs下创建了一个名字为"bus"的目录，同时也会在/sys/devices/下创建一个名字为"system"的目录。

在前面kset学习中知道，当这个名为bus的kset下有状态变化的时候，就会发送uevent消息的，在发送过程中就会调用到bus_uevent_ops中实现的函数。

static int bus_uevent_filter(struct kset *kset, struct kobject *kobj)
{struct kobj_type *ktype = get_ktype(kobj);if (ktype == &bus_ktype)return 1;return 0;
}static const struct kset_uevent_ops bus_uevent_ops = {.filter = bus_uevent_filter,
};

在bus_uevent_ops中只实现了filter函数。此函数只要是判断发生状态的kobj对象类型是不是总线类型，不是就不会上报该事件的。

bus_register（注册一个总线到系统中）

int bus_register(struct bus_type *bus)
{int retval;struct subsys_private *priv;struct lock_class_key *key = &bus->lock_key;priv = kzalloc(sizeof(struct subsys_private), GFP_KERNEL);         //分配subsys_private结构体if (!priv)return -ENOMEM;priv->bus = bus;                                        //设置bus指针bus->p = priv;                                          //设置bus->p指针BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(&priv->bus_notifier);       //初始化bus通知链retval = kobject_set_name(&priv->subsys.kobj, "%s", bus->name);  //设置该bus的名字，体现在/sys/bus/下if (retval)goto out;priv->subsys.kobj.kset = bus_kset;         //设置该bus所属的kset， 以及ktypepriv->subsys.kobj.ktype = &bus_ktype;priv->drivers_autoprobe = 1;retval = kset_register(&priv->subsys);     //注册该kset到系统中，表现在/sys/bus下if (retval)goto out;retval = bus_create_file(bus, &bus_attr_uevent); //创建该bus的uevent属性if (retval)goto bus_uevent_fail;priv->devices_kset = kset_create_and_add("devices", NULL,        &priv->subsys.kobj);  //在该bus下创建devices目录if (!priv->devices_kset) {retval = -ENOMEM;goto bus_devices_fail;}priv->drivers_kset = kset_create_and_add("drivers", NULL,&priv->subsys.kobj);  //在该bus下创建drivers目录if (!priv->drivers_kset) {retval = -ENOMEM;goto bus_drivers_fail;}INIT_LIST_HEAD(&priv->interfaces);          //初始化interface, mutex, klist_devices, klist_drivers__mutex_init(&priv->mutex, "subsys mutex", key);klist_init(&priv->klist_devices, klist_devices_get, klist_devices_put);klist_init(&priv->klist_drivers, NULL, NULL);retval = add_probe_files(bus);      //创建bus的probe属性if (retval)goto bus_probe_files_fail;retval = bus_add_groups(bus, bus->bus_groups);  //创建bus的属性if (retval)goto bus_groups_fail;pr_debug("bus: '%s': registered\n", bus->name);return 0;
}

比如常见的通过bus_register创建一个i2c总线，就会在/sys/bus/下创建i2c目录，以及devices目录， driver目录，以及probe属性， uevent属性。

root@test:/sys/bus/i2c # ls -l
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:17 devices
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:17 drivers
-rw-r--r-- root     root         4096 2012-01-01 08:17 drivers_autoprobe
--w------- root     root         4096 2012-01-01 08:17 drivers_probe
--w------- root     root         4096 2012-01-01 08:17 uevent

而在devices下就是该i2c-bus下所有的设备，drivers下就是i2c-bus下所有去的驱动。

subsys_register（注册一个子系统）

static int subsys_register(struct bus_type *subsys,const struct attribute_group **groups,struct kobject *parent_of_root)
{struct device *dev;int err;err = bus_register(subsys);       //注册一个总线if (err < 0)return err;dev = kzalloc(sizeof(struct device), GFP_KERNEL);        //分配一个device结构，然后设置名字if (!dev) {err = -ENOMEM;goto err_dev;}err = dev_set_name(dev, "%s", subsys->name);if (err < 0)goto err_name;dev->kobj.parent = parent_of_root;                //设置该device的parent，通常都是在buses_init中的system_ksetdev->groups = groups;                             //表现在sys中就是在/sys/devices/system下新建一个subsys->name的目录dev->release = system_root_device_release;err = device_register(dev);  //注册该设备if (err < 0) goto err_dev_reg;subsys->dev_root = dev;return 0;
}

subsys_system_register（/sys/devices/system/下注册一个子系统）

int subsys_system_register(struct bus_type *subsys,const struct attribute_group **groups)
{return subsys_register(subsys, groups, &system_kset->kobj);
}

该函数将会调用上面的subsys_register函数。举例：

static int __init clockevents_init_sysfs(void)
{int err = subsys_system_register(&clockevents_subsys, NULL);if (!err)err = tick_init_sysfs();return err;
}

struct bus_type clockevents_subsys = {.name       = "clockevents",.dev_name       = "clockevent",
};

这样的话，就会在/sys/devices/system下创建一个名字为"clockevent"设备，在/sys/bus/下创建一个名字为“clockevents”的总线

root@test:/sys/bus/clockevents # ls
devices
drivers
drivers_autoprobe
drivers_probe
uevent

root@test:/sys/devices/system/clockevents # ls -l
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 broadcast
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent0
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent1
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent2
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent3
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent4
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent5
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent6
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 clockevent7
drwxr-xr-x root     root              2012-01-01 08:00 power
-rw-r--r-- root     root         4096 2012-01-01 08:00 uevent

不过根据该函数的注释“Do not use this interface for anything new, it exists for compatibility with bad ideas only.” 意思是不在建议使用该函数了。

subsys_virtual_register（在/sys/devices/virtual/下创建一个子系统）

int subsys_virtual_register(struct bus_type *subsys,const struct attribute_group **groups)
{struct kobject *virtual_dir;virtual_dir = virtual_device_parent(NULL);if (!virtual_dir)return -ENOMEM;return subsys_register(subsys, groups, virtual_dir);
}

中间会调用virtual_device_parent函数

struct kobject *virtual_device_parent(struct device *dev)
{static struct kobject *virtual_dir = NULL;if (!virtual_dir)virtual_dir = kobject_create_and_add("virtual",&devices_kset->kobj);return virtual_dir;
}

也就是在/sys/devices/下创建一个名字为“virtual”的目录。