平台总线模型¶

Platform 总线是 Linux 虚拟出来的一种总线，它是连接设备与驱动的抽象模型。该模型是 Linux 中所有总线的基本模型，体现了内核模块的解耦思想。后面的实际物理总线模型如 IIC、SPI、USB 等总线模型均基于此模型实现。

Platform 架构图如下所示：

platform

platform_device.c：描述硬件信息，比如寄存器地址、中断号。
platform_driver.c：描述驱动程序，比如如何操作 GPIO、如何申请中断。

平台总线¶

在 Linux 平台设备驱动模型中，总线是最重要的一环，负责匹配设备和驱动。它维护着两个链表，里面记录着各个已经注册的平台设备和平台驱动。每当有新的设备或者是驱动加入到总线时，便会调用platform_match()函数对新增的设备或驱动进行配对。struct bus_type platform_bus_type用来描述平台总线——内核初始化的时候自动注册：

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

对platform_bus_type的初始化来说，match函数指针最为重要，它指向的函数负责实现平台总线和平台设备的匹配过程。其他的驱动总线，也必须实例化该函数指针。

平台设备¶

platform_device结构体用来描述平台设备：

struct platform_device {
    const char  *name;
    int     id;
    bool        id_auto;
    struct device   dev;
    ......
    u32     num_resources;
    struct resource *resource;

    const struct platform_device_id *id_entry;
    char *driver_override; /* Driver name to force a match */
    ......
};

name：设备的名称，用来匹配驱动

id：设备的id号，用来区分同一类型的多个设备

id_auto：是否由内核自动分配id号

dev：通用设备结构体，用来描述设备的基本信息

num_resources：存储的硬件资源的个数

resource：描述硬件资源信息

id_entry：与驱动匹配成功后，被填充的匹配信息

平台设备的工作是为驱动程序提供硬件信息，包括寄存器地址，中断号等。

对于硬件信息，使用结构体struct resource来保存设备所提供的资源，比如设备使用的中断编号，寄存器物理地址等，结构体原型如下：

struct resource {
    resource_size_t start;
    resource_size_t end;
    const char *name;
    unsigned long flags;
    unsigned long desc;
    struct resrouce *parent, *sibling, *child;
};

start、end：硬件资源的起始地址以及结束地址

name：硬件资源名称

flags：用于指定该资源的类型，在Linux中，资源包括I/O、Memory、Register、IRQ、DMA、Bus等多种类型，最常见的有以下几种：

资源宏定义	描述
IORESOURCE_IO	用于IO地址空间，对应于IO端口映射方式
IORESOURCE_MEM	用于外设的可直接寻址的地址空间
IORESOURCE_IRQ	用于指定该设备使用某个中断
IORESOURCE_DMA	用于指定使用的DMA通道

设备驱动程序的主要目的是操作设备的寄存器。不同架构的计算机提供不同的操作接口，主要有IO端口映射和IO內存映射两种方式。对应于 IO 端口映射方式，只能通过专门的接口函数（如inb、outb）才能访问；采用 IO 内存映射的方式，可以像访问内存一样，去读写寄存器。在嵌入式设备中，基本上没有 IO 地址空间，所以通常使用IORESOURCE_MEM。

注册/注销平台设备用到的函数如下：

int platform_device_register(struct platform_device *pdev);
void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev);

这两个函数应该在模块的进入与退出函数中被调用。

平台驱动¶

platform_driver结构体用来描述平台驱动：

struct platform_driver {
    int (*probe)(struct platform_device *);
    int (*remove)(structg platform_device *);
    void (*shutdown)(struct platform_device *);
    int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
    int (*resume)(struct platform_device *);
    struct device_driver driver;
    const struct platform_device_id *id_table;
    bool prevent_deferred_probe;
};

probe：设备与驱动匹配成功后执行该函数

remove：设备与驱动分离后执行该函数

shutdown：设备关闭后执行该函数

suspend/resume：设备进入/退出休眠状态后执行该函数

除了以上几个回调函数，最关键的还有一个id_table的指针。这个指针指向了存放该驱动可以匹配设备的数组信息。

我们来看一下struct platform_device_id结构体的定义：

struct platform_device_id {
    char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
    kernel_ulong_t driver_data;
};

name：该名字必须与设备树中要转换为platform_device节点的compatible属性值相同，否则无法进行匹配。

driver_data：保存设备的配置。为了减少代码的冗余，一个驱动可以匹配多个设备。

示例代码如下：

static platform_device_id my_device_ids[] = {
    { "my-device1", 0 },
    { "my-device2", 1 },
    {/*必须以空结尾表示结束*/}
};

这里插个题外话，当手动实现probe()函数时涉及到内存分配的问题。很多驱动程序都使用devm_kzalloc()函数来分配内存。我们接触比较多的是kmalloc()或者kzalloc()来分配内存，但是这会带来一些潜在的问题。比如在初始化过程中如果失败了，那么就需要开发人员小心地释放内存。而devm_kzalloc()函数则可以自动地释放内存。其设计的核心思想就是资源由设备管理，一旦不需要也由设备来释放，这其实有点 C++ 中 RAII 的思想。

注册/注销平台驱动的函数如下：

int platform_driver_register(struct platform_device *drv);
void platform_driver_unregister(struct platform_device *drv);

设备树的转换¶

在旧版内核中，platform_device是静态定义的，硬件资源由struct resource描述。

在设备树出现之后，描述硬件资源的工作就由设备树来完成，内核会将满足规则的device_node转换为platform_device：

根节点下包含compatible属性的子节点
节点中compatible属性的值为"simple-bus"、"simple-mfd"、"isa"之一，且包含compatible属性的子节点

假设有struct resource代码如下：

static struct resource my_resources[] = {
    [0] = {
        .start = 0xFDD60000,
        .end = 0xFDD60004,
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
    [1] = {
        .start = 0xFDD60008,
        .end = 0xFDD6000C,
        .flags = IORESOUCE_IRQ,
    },
};

那么在设备树中就可以这样描述该资源：

/{
    topnode{
        #address-cells=<1>;
        #size-cells=<1>;
        compatible="simple-bus";
        myled{
            compatible="my node";
            reg=<0xFDD60000 0x00000004>;
        };
    };

};

获取资源¶

platform_get_resource()函数可以用来获取平台设备的资源，通常在probe()函数中执行：

struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *dev, unsigned int type, unsigned int num);

dev：指定要获取的平台设备。

type：指定获取资源的类型，比如IORESOURCE_IRQ。

num：指定要获取资源的编号，这个编号指的是同flags下的索引。

如果资源类型是 IORESOURCE_IRQ，可以使用以下接口还获取中断资源：

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

总结：在平台设备驱动模型中，驱动的入口函数变成了probe()函数，在这里我们需要实现驱动的初始化与注册。一旦平台总线成功将platform_device和platform_driver匹配，就会调用该函数。