Linux设备模型.docx
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Linux设备模型
Linux的sysfs文件系统一般mount在/sys目录。
本文主要介绍sysfs文件系统中设备驱动模型的建立过程，内核版本2.6.29。
设备驱动信息主要用来表示设备以及驱动的层次关系，以及处理热插拔等。
/sys中与之相关的数据有：
class代表一类设备，比如mtd、net、tty等等
bus总线，比如PCI、USB、I2C等
device代表一个设备
driver代表一个驱动
以下是一些sysfs中的全局变量：
///sys/class
structkset*class_kset=kset_create_and_add（"class",NULL,NULL）;
///sys/bus
structkset*bus_kset=kset_create_and_add（"bus",&bus_uevent_ops,NULL）;
///sys/devices
structkset*devices_kset=kset_create_and_add（"devices",&device_uevent_ops,NULL）;
1. Class
1.1 class的基本结构
structclass{
constchar*name;
structmodule*owner;
structclass_attribute*class_attrs;
structdevice_attribute*dev_attrs;
structkobject*dev_kobj;
int（*dev_uevent）（structdevice*dev,structkobj_uevent_env*env）;
void（*class_release）（structclass*class）;
void（*dev_release）（structdevice*dev）;
int（*suspend）（structdevice*dev,pm_message_tstate）;
int（*resume）（structdevice*dev）;
structpm_ops*pm;
structclass_private*p;
};
structclass_private{
structksetclass_subsys;
structlist_headclass_devices;
structlist_headclass_interfaces;
structksetclass_dirs;
structmutexclass_mutex;
structclass*class;
};
class在sysfs中的层次由structclass_private决定。
structclass只是class_private的封装。
structclass_private:
:
class_subsys.kobj.kset=class_kset;//父目录为/sys/class
structclass_private:
:
class_subsys.kobj->name代表这个class在/sys/class中显示的名字
structclass:
:
dev_attrs为设备属性，往class中添加设备的时候，这些属性会自动添加到设备目录下。
1.2 新建class
新建class有两种方法：
静态创建和动态创建。
● 静态创建
staticstructclassi2c_adapter_class={
.owner=THIS_MODULE,
.name="i2c-adapter",
.dev_attrs=i2c_adapter_attrs,
.class_attrs=...
};
intretval=class_register（&i2c_adapter_class）；
● 动态创建
i2c_dev_class=class_create（THIS_MODULE,"i2c-dev"）;
class_create分配申请一块空间给class，然后对name、owner和class_release函数赋值，并最终调用class_register。
class_register
根据structclass的值，设置structclass_private
调用add_class_attrs在class中添加属性。
● classattrs
class的属性最终是在/sys/class//目录下以文件的形式存在。
用户程序可以直接对这些属性进行读写。
如果要静态创建属性，可以在定义class时对.class_attrs域赋值，使其指向要添加的attr数组。
如果要动态创建。
可以通过函数class_create_file添加。
intclass_create_file（structclass*cls,conststructclass_attribute*attr）;
如果是动态创建的属性，需要在模块卸载时调用class_remove_file释放。
如果是静态创建的属性，在调用class_unregister时会自动释放。
2. Bus
2.1bus的基本结构
structbus_type{
constchar*name;
structbus_attribute*bus_attrs;
structdevice_attribute*dev_attrs;
structdriver_attribute*drv_attrs;
int（*match）（structdevice*dev,structdevice_driver*drv）;
int（*uevent）（structdevice*dev,structkobj_uevent_env*env）;
int（*probe）（structdevice*dev）;
int（*remove）（structdevice*dev）;
void（*shutdown）（structdevice*dev）;
int（*suspend）（structdevice*dev,pm_message_tstate）;
int（*suspend_late）（structdevice*dev,pm_message_tstate）;
int（*resume_early）（structdevice*dev）;
int（*resume）（structdevice*dev）;
structpm_ext_ops*pm;
structbus_type_private*p;
};
structbus_type_private{
structksetsubsys;
structkset*drivers_kset;
structkset*devices_kset;
structklistklist_devices;
structklistklist_drivers;
structblocking_notifier_headbus_notifier;
unsignedintdrivers_autoprobe:
1;
structbus_type*bus;
};
与class类似，bus在sysfs中的显示由structbus_type_private决定，structbus_type只是一个封装。
structbus_type_private:
:
subsys.kobj代表/sys/bus/目录。
structbus_type_private:
:
subsys.kobj.kset=bus_kset;//默认父目录为/sys/bus/
structbus_type_private:
:
subsys.kobj.ktype=&bus_ktype;//bus的属性操作
structbus_type_private:
:
subsys.kobj.name=;
在/sys/bus/目录，每创建成功一个，都会自动创建两个子目录drivers和devices，分别代表连到此的设备和驱动。
在drivers和devices子目录下，每新建一个driver，会把structbus_type中的drv_attrs属性赋给那个driver；每创建一个device，会把structbus_type中dev_attrs赋给那个device。
2.2新建bus
structbus_typei2c_bus_type={
.name="i2c",
.dev_attrs=i2c_dev_attrs,
.match=i2c_device_match,
.uevent=i2c_device_uevent,
.probe=i2c_device_probe,
.remove=i2c_device_remove,
.shutdown=i2c_device_shutdown,
.suspend=i2c_device_suspend,
.resume=i2c_device_resume,
.bus_attr=…
};
intret=bus_register（&i2c_bus_type）;
intbus_register（structbus_type*bus）;
分配内存给structbus_type_private;
根据structbus_type的域设置bus_type_private;
根据.bus_attr设置bus的属性，这些属性在bus_unregister时会被自动释放。
（bus属性也可通过bus_create_file动态添加，但所有动态添加的属性都要在卸载时通过bus_remove_file释放。
）
3．Device
3.1Device的基本结构
structdevice{
structklistklist_children;
structklist_nodeknode_parent;/*nodeinsiblinglist*/
structklist_nodeknode_driver;
structklist_nodeknode_bus;
structdevice*parent;
structkobjectkobj;
charbus_id[BUS_ID_SIZE];/*positiononparentbus*/
constchar*init_name;/*initialnameofthedevice*/
structdevice_type*type;
unsigneduevent_suppress:
1;
structsemaphoresem;/*semaphoretosynchronizecallstoitsdriver.*/
structbus_type*bus;/*typeofbusdeviceison*/
structdevice_driver*driver;/*whichdriverhasallocatedthisdevice*/
void*driver_data;/*dataprivatetothedriver*/
void*platform_data;/*Platformspecificdata,devicecoredoesn'ttouchit*/
structdev_pm_infopower;
u64*dma_mask;/*dmamask（ifdma'abledevice）*/
u64coherent_dma_mask;/*Likedma_mask,butforalloc_coherentmappingsasnotallhardwaresupports64bitaddressesforconsistentallocationssuchdescriptors.*/
structdevice_dma_parameters*dma_parms;
structlist_headdma_pools;/*dmapools（ifdma'ble）*/
structdma_coherent_mem*dma_mem;/*internalforcoherentmem
override*/
/*archspecificadditions*/
structdev_archdataarchdata;
spinlock_tdevres_lock;
structlist_headdevres_head;
structlist_headnode;
structclass*class;
dev_tdevt;/*dev_t,createsthesysfs"dev"*/
structattribute_group**groups;/*optionalgroups*/
void（*release）（structdevice*dev）;
};
3.2device_register
intdevice_register（structdevice*dev） ;
此函数将device登记到sysfs中。
在调用之前，需对structdevice进行初始化。
structdevicedev ;
dev.parent= ;//父设备
dev.release= ;//登记释放dev时调用的回调函数
dev.class= ;//structclass
dev.bus= ;//所属总线
然后调用device_register（&dev） ;
intdevice_register（structdevice*dev）
{
device_initialize（dev）;
returndevice_add（dev）;
}
device_initialize
做一些初始化工作，dev->kobj.kset=devices_kset ;//代表/sys/device目录
device_add
//设置dev->kobj.parent，即确定这个dev的父目录，详情见下节
setup_parent（dev,dev->parent）;
//将dev挂到dev->kobj.parent代表的目录，如果没有parent，父目录默认被设置成dev->kobj.kset代表的目录
kobject_add（&dev->kobj,dev->kobj.parent,"%s",dev->bus_id）;
device_create_file（dev,&uevent_attr）;//给设备添加uevent属性
if（MAJOR（dev->devt））
device_create_file（dev,&devt_attr）;//给设备添加dev属性（打印主从设备号）
device_create_sys_dev_entry（dev）;//在设备的class下创建设备链接，比如/sys/char和/sys/block，链接名字为major:
minor；如果设备没有class，默认为/sys/char目录
device_add_class_symlinks（dev）;
//在设备目录下建立subsystem链接，指向其所属的class
sysfs_create_link（&dev->kobj,&dev->class->p->class_subsys.kobj,"subsystem"）;
//在设备所属class目录下建立指向设备的链接，以设备名命名
sysfs_create_link（&dev->class->p->class_subsys.kobj,&dev->kobj,dev->bus_id）;
//如果父设备存在，在设备目录下建立指向父设备的链接，以device命名
sysfs_create_link（&dev->kobj,&dev->parent->kobj,"device"）;
device_add_attrs（dev）;
//如果有class，把class中dev_attrs属性都加上
device_add_attributes（dev,class->dev_attrs）;
//如果有type，把type中dev_attrs属性都加上
device_add_groups（dev,type->groups）;
//把device中groups指向的属性都加上
device_add_groups（dev,dev->groups）;
bus_add_device（dev）;//在设备有bus时有效
//如果有bus，将bus中dev_attrs都加上
device_add_attrs（bus_get（dev->bus）,dev）;
//在bus中建立指向设备的链接，以设备名命名
sysfs_create_link（&bus->p->devices_kset->kobj,&dev->kobj,dev->bus_id）;
//在设备中建立指向总线的链接，以”subsystem”命名
sysfs_create_link（&dev->kobj,&dev->bus->p->subsys.kobj,"subsystem"）;
dpm_sysfs_add（dev）;//建立power属性
device_pm_add（dev）;
kobject_uevent（&dev->kobj,KOBJ_ADD）;
bus_attach_device（dev）;
/*如果总线支持自动检测设备（drivers_autoprobe==1;默认都支持），调用device_attach（dev）;device_attach中，如果发现dev已经有driver与之关联，作一些sysfs的操作；如果没有，对总线中每一个驱动调用__device_attach。
__device_attachdriver_probe_device
driver_probe_device先调用bus的match函数，如果返回的是match，再调用really_probe。
（bus的match函数在这里调用）
really_probe先看bus有没有probe函数，如果有，调用bus的probe。
如果没有，调用driver的probe函数（这里就是我们驱动程序的probe函数被调用的地方）。
*/
if（bus->p->drivers_autoprobe）
ret=device_attach（dev）;
klist_add_tail（&dev->knode_parent,&parent->klist_children）;
list_add_tail（&dev->node,&dev->class->p->class_devices）;
list_for_each_entry（class_intf,&dev->class->p->class_interfaces,node）
if（class_intf->add_dev）
class_intf->add_dev（dev,class_intf）;
3.3device的四种类型
在sysfs的设备模型中，有四种设备类型：
物理设备有parent设备，没有class
直接虚拟设备有parent设备和class，parent没有class
间接虚拟设备有parent设备和class，parent有class
纯虚拟设备没有parent，有class（网络环回设备等）
以挂在PCI总线上的I2C适配器为例，首先需要创建一个设备，使其bus域指向PCIbus，这是一个物理设备；然后，以这个物理设备为父设备，创建一个class为I2C_adapter_class的子设备，这个设备是直接虚拟设备，描述I2Cadapter的功能。
I2C子系统对每一个I2Cadapter，又进一步创建了一个字符设备，I2Cdev，这个字符设备的class被设置为I2C_device_class，这里I2Cdev就是一个间接虚拟设备。
除非是纯虚设备，否则任何一个虚拟设备向父设备追溯，一定能找到一个物理设备。
structdevice中有两个域，bus和class，这两个域不能同时有值。
如果bus域非空，说明这个structdevice是挂在某个总线上，那么它必须是一个物理设备，class域必须是NULL；如果class域非空，说明这是一个属于某个类的虚拟设备，那么它的bus域就必须是NULL。
所以，在上节提到的两个函数，device_add_class_symlinks（dev）与bus_add_device（dev）中，虽然都创建了subsystem链接，但它们只有一个会起作用，否则系统会崩溃。
setup_parent函数
voidsetup_parent（structdevice*dev,structdevice*parent） ;
这个函数用来决定dev被加到sysfs的哪个目录下。
代码逻辑为：
kobj=get_device_parent（dev,parent）;
if（kobj）
dev->kobj.parent=kobj;
staticstructkobject*get_device_parent（structdevice*dev,structdevice*parent） ;
这个函数会按照设备类型决定设备的父目录 :
● 如果是物理设备且有父设备（dev->class==NULL&&dev->parent）
父目录就是父设备代表的目录
● 如果是直接虚拟设备（dev->class&&dev->parent&&dev->parent->class!
=NULL）
在父设备代表的目录下新建一个子目录，名字为dev->class->name。
然后把这个新建的目
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