Linux驱动开发8 platform驱动分隔、分离与分层
2024-04-28 21:16:04
我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单，都是对IO进行最简单的读写操作。像I2C、
SPI、LCD 等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了，Linux 系统要考虑到驱动的可重用性，因
此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路，在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的
platform 设备驱动，也叫做平台设备驱动。
驱动分隔
最好的做法就是每个平台（每种板子）的 I2C 控制器都提供一个统一的接口(也叫做主机驱动)，每个设备的话也只提供一个驱动程序(设备驱动)，每个设备通过统一的 I2C接口驱动来访问，这样就可以大大简化驱动文件，这个就是驱动的分隔，也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来，比如 I2C、SPI 等等都会采用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。
驱动分离
在实际的驱动开发中，一般 I2C 主机驱动已经由半导体厂家（板子厂家）编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家（模组厂家）编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如 I2C 设备的话提供设备连接到了哪个 I2C 接口上，I2C 的速度是多少等等。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。 这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是 Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线搭桥，如图 54.1.1.4 所示： 当我们向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配设备，有的话也联系起来。Linux 内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式，我们一会要重点讲解的 platform 驱动就是这一思想下的产物
驱动分层（学linux驱动就是学linux框架）
Linux 下的驱动往往也是分层的，分层的目的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统，后面会有专门的章节详细的讲解)为例，简单介绍一下驱动的分层。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，最底层的就是设备原始驱动，负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给 input 核心层。input 核心层会处理各种 IO 模型，并且提供 file_operations 操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即可，至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的，我们不用管。可以看出借助分层模型可以极大的简化我们的驱动编写，对于驱动编写来说非常的友好
驱动-总线-设备
platform 平台驱动模型 （虚拟总线平台）
platform 总线
platform_bus_type 就是 platform 平台总线，其中 platform_match 就是匹配函数。
platform_match 函数定义在文件 drivers/base/platform.c 中
对于platform平台而言，platform_match函数就是月老，负责驱动和设备的匹配
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，内容如下：
在编写 platform 驱动的时候，首先定义一个 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
platform_driver_register 函数
platform_driver_unregister 函数
platform 设备
platform_device 这个结构体表示 platform 设备
platform_device 结构体定义在文件 include/linux/platform_device.h 中
注意，如果内核支持设备树的话就不要再使用 platform_device 来描述设备了，改用设备树去描述
1、无设备树的时候，此时需要驱动开发人员编写设备注册文件，使用platform_device_register函数注册设备。
无设备树platform设备注册实验（以led点灯为例：寄存器版）
#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/ide.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/of_gpio.h>#include <linux/semaphore.h>#include <linux/timer.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/fcntl.h>#include <linux/platform_device.h>#include <asm/mach/map.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>/***************************************************************Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.文件名 : leddevice.c作者 : 左忠凯版本 : V1.0描述 : platform设备其他 : 无论坛 : www.openedv.com日志 : 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建***************************************************************//* * 寄存器地址定义*/#define CCM_CCGR1_BASE (0X020C406C) #define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE (0X020E0068)#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE (0X020E02F4)#define GPIO1_DR_BASE (0X0209C000)#define GPIO1_GDIR_BASE (0X0209C004)#define REGISTER_LENGTH 4/* @description : 释放flatform设备模块的时候此函数会执行 * @param - dev : 要释放的设备 * @return : 无*/static void led_release(struct device *dev){printk("led device released!\r\n"); }/* * 设备资源信息，也就是LED0所使用的所有寄存器*/static struct resource led_resources[] = {[0] = {.start = CCM_CCGR1_BASE,//起始地址.end = (CCM_CCGR1_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),//终止地址 起始地址+偏移.flags = IORESOURCE_MEM,//类型-内存类型}, [1] = {.start = SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE,.end = (SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),.flags = IORESOURCE_MEM,},[2] = {.start = SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE,.end = (SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),.flags = IORESOURCE_MEM,},[3] = {.start = GPIO1_DR_BASE,.end = (GPIO1_DR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),.flags = IORESOURCE_MEM,},[4] = {.start = GPIO1_GDIR_BASE,.end = (GPIO1_GDIR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),.flags = IORESOURCE_MEM,},};/** platform设备结构体 */static struct platform_device leddevice = {.name = "imx6ul-led", /* 驱动名字，用于和设备匹配 名字必须保持一致*/.id = -1,.dev = {.release = &led_release,},// 与具体资源有关.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),//资源数量.resource = led_resources,//资源（设备信息）};// /** @description : 设备模块加载 * @param : 无* @return : 无*/static int __init leddevice_init(void){//注册platform设备return platform_device_register(&leddevice);}/** @description : 设备模块注销* @param : 无* @return : 无*/static void __exit leddevice_exit(void){platform_device_unregister(&leddevice);}module_init(leddevice_init);module_exit(leddevice_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/ide.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/of_gpio.h>#include <linux/semaphore.h>#include <linux/timer.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/fcntl.h>#include <linux/platform_device.h>#include <asm/mach/map.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>/***************************************************************Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.文件名 : leddriver.c作者 : 左忠凯版本 : V1.0描述 : platform驱动实际内容与led点灯完全不相同，是无设备树的platform平台注册其他 : 无论坛 : www.openedv.com日志 : 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建***************************************************************/#define LEDDEV_CNT 1 /* 设备号长度 */#define LEDDEV_NAME "platled" /* 设备名字 */#define LEDOFF 0#define LEDON 1/* 寄存器名 */static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;static void __iomem *GPIO1_DR;static void __iomem *GPIO1_GDIR;/* leddev设备结构体 */struct leddev_dev{dev_t devid; /* 设备号 */struct cdev cdev; /* cdev */struct class *class; /* 类 */struct device *device; /* 设备 */int major; /* 主设备号 */ };struct leddev_dev leddev; /* led设备 *//** @description : LED打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED* @return : 无*/void led0_switch(u8 sta){u32 val = 0;if(sta == LEDON){val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF){val = readl(GPIO1_DR);val|= (1 << 3); writel(val, GPIO1_DR);} }////** @description : 打开设备* @param - inode : 传递给驱动的inode* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return : 0 成功;其他 失败*/static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据 */return 0;}/** @description : 向设备写数据 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf : 要写给设备写入的数据* @param - cnt : 要写入的数据长度* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {return -EFAULT;}ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */if(ledstat == LEDON) {led0_switch(LEDON); /* 打开LED灯 */}else if(ledstat == LEDOFF) {led0_switch(LEDOFF); /* 关闭LED灯 */}return 0;}//* 设备操作函数 */static struct file_operations led_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.write = led_write,};//** @description : flatform驱动的probe函数，当驱动与设备匹配以后此函数就会执行* * @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败*/static int led_probe(struct platform_device *dev){ int i = 0;int ressize[5];u32 val = 0;struct resource *ledsource[5];printk("led driver and device has matched!\r\n");/* 1、获取资源 */for (i = 0; i < 5; i++) {// platform_get_resource 从设备中获取资源// 一共有五个 循环获取资源ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */if (!ledsource[i]) {dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");return -ENXIO;}ressize[i] = resource_size(ledsource[i]); } /* 2、初始化LED *//* 寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26); /* 清除以前的设置 */val |= (3 << 26); /* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 设置GPIO1_IO03复用功能，将其复用为GPIO1_IO03 */writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3); /* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3); /* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 默认关闭LED1 */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3) ; writel(val, GPIO1_DR);/* 注册字符设备驱动 *//*1、创建设备号 */if (leddev.major) { /* 定义了设备号 */leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);} else { /* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME); /* 申请设备号 */leddev.major = MAJOR(leddev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */}/* 2、初始化cdev */leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);/* 4、创建类 */leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.class)) {return PTR_ERR(leddev.class);}/* 5、创建设备 */leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.device)) {return PTR_ERR(leddev.device);}return 0;}//** @description : platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行* @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败*/static int led_remove(struct platform_device *dev){iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);cdev_del(&leddev.cdev);/* 删除cdev */unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(leddev.class, leddev.devid);class_destroy(leddev.class);return 0;}//* platform驱动结构体 */static struct platform_driver led_driver = {.driver = {.name = "imx6ul-led", /* 驱动名字，用于和设备匹配 名字必须保持一致*/},.probe = led_probe,//注册函数名.remove = led_remove,//卸载函数名};/ /** @description : 驱动模块加载函数* @param : 无* @return : 无*/static int __init leddriver_init(void){//注册platform设备return platform_driver_register(&led_driver);}/** @description : 驱动模块卸载函数* @param : 无* @return : 无*/static void __exit leddriver_exit(void){platform_driver_unregister(&led_driver);}module_init(leddriver_init);module_exit(leddriver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
2、有设备树，修改设备树的设备节点即可。当设备与platform的驱动匹配以后，就会执行platform_device->probe函数
有设备树实验（只需要修改设备树和编写驱动）
platform提供了很多API函数去获取设备相关信息，platform可以直接获取设备信息了，可以不需要获取设备节点那一套了
//设备树gpioled {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "atkalpha-gpioled";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/ide.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/of_gpio.h>#include <linux/semaphore.h>#include <linux/timer.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/fcntl.h>#include <linux/platform_device.h>#include <asm/mach/map.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>/***************************************************************Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.文件名 : leddriver.c作者 : 左忠凯版本 : V1.0描述 : 设备树下的platform驱动其他 : 无论坛 : www.openedv.com日志 : 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建***************************************************************/#define LEDDEV_CNT 1 /* 设备号长度 */#define LEDDEV_NAME "dtsplatled" /* 设备名字 */#define LEDOFF 0#define LEDON 1/* leddev设备结构体 */struct leddev_dev{dev_t devid; /* 设备号 */struct cdev cdev; /* cdev */struct class *class; /* 类 */struct device *device; /* 设备 */int major; /* 主设备号 */ struct device_node *node; /* LED设备节点 *///int led0; /* LED灯GPIO标号 *///};struct leddev_dev leddev; /* led设备 *//** @description : LED打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED* @return : 无*/void led0_switch(u8 sta){if (sta == LEDON )gpio_set_value(leddev.led0, 0);else if (sta == LEDOFF)gpio_set_value(leddev.led0, 1); }/** @description : 打开设备* @param - inode : 传递给驱动的inode* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return : 0 成功;其他 失败*/static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据 */return 0;}/** @description : 向设备写数据 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf : 要写给设备写入的数据* @param - cnt : 要写入的数据长度* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){int retvalue;unsigned char databuf[2];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0];if (ledstat == LEDON) {led0_switch(LEDON);} else if (ledstat == LEDOFF) {led0_switch(LEDOFF);}return 0;}/* 设备操作函数 */static struct file_operations led_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.write = led_write,};/** @description : flatform驱动的probe函数，当驱动与* 设备匹配以后此函数就会执行* @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败* ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××* 之所以与无设备树platform驱动程序不同，* 是因为一个是直接调用寄存器操作 即 寄存器led* 现在这个是寄存器定义在了设备树里* 然后提取设备树的信息操作 即 gpioled* 其实相比以前的 多了一层壳*/static int led_probe(struct platform_device *dev){ printk("led driver and device was matched!\r\n");/* 1、设置设备号 */if (leddev.major) {leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);} else {alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);leddev.major = MAJOR(leddev.devid);}/* 2、注册设备 */cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);/* 3、创建类 */leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.class)) {return PTR_ERR(leddev.class);}/* 4、创建设备 */leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.device)) {return PTR_ERR(leddev.device);}#if 0/* 5、初始化IO */ leddev.node = of_find_node_by_path("/gpioled");if (leddev.node == NULL){printk("gpioled node nost find!\r\n");return -EINVAL;} #endif// dev.of_node代替 of_find_node_by_path 获取设备节点gpioled.nd = dev->dev.of_node; leddev.led0 = of_get_named_gpio(leddev.node, "led-gpio", 0);if (leddev.led0 < 0) {printk("can't get led-gpio\r\n");return -EINVAL;}gpio_request(leddev.led0, "led0");gpio_direction_output(leddev.led0, 1); /* led0 IO设置为输出，默认高电平 */return 0;}/** @description : platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行* @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败*/static int led_remove(struct platform_device *dev){gpio_set_value(leddev.led0, 1); /* 卸载驱动的时候关闭LED */gpio_free(leddev.led0); /* 释放IO */cdev_del(&leddev.cdev); /* 删除cdev */unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(leddev.class, leddev.devid);class_destroy(leddev.class);return 0;}/* 匹配列表只要设备树的compatible与这两个中的一个匹配，即建立联系*/static const struct of_device_id led_of_match[] = {{ .compatible = "atkalpha-gpioled" },{ .compatible = "xxx-gpioled" },{ /* Sentinel */ } //用它结尾，没有意义，但别人都这么做};/* platform驱动结构体 */static struct platform_driver led_driver = {.driver = {.name = "imx6ul-led", /* 驱动名字，用于和设备匹配 */.of_match_table = led_of_match, /* 设备树匹配表 */},.probe = led_probe,.remove = led_remove,};/// /** @description : 驱动模块加载函数* @param : 无* @return : 无*/static int __init leddriver_init(void){return platform_driver_register(&led_driver);}/** @description : 驱动模块卸载函数* @param : 无* @return : 无*/static void __exit leddriver_exit(void){platform_driver_unregister(&led_driver);}module_init(leddriver_init);module_exit(leddriver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");Linux驱动开发8 platform驱动分隔、分离与分层相关推荐
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