如何设计平台设备和驱动.docx
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如何设计平台设备和驱动
如何设计平台设备和驱动
2.6内核引入了platform机制，能够实现对设备所占用的资源进行统一管理。
Platform机制抽象出了platform_device和platform_driver两个核心概念，与此相关的还有一个重要概念就是资源resource。
1.1.1资源
1．描述和类型
资源resource是对设备所占用的硬件信息的抽象，目前包括I/O、内存、IRQ、DMA、BUS这5类。
在内核中，用resource结构来对资源进行描述。
resource结构在文件中定义，如程序清单2.35所示。
程序清单2.35resource数据结构
structresource{
resource_size_tstart;/*资源在CPU上的物理起始地址*/
resource_size_tend;/*资源在CPU上的物理结束地址*/
constchar*name;/*资源名称*/
unsignedlongflags;/*资源的标志*/
structresource*parent,*sibling,*child;/*资源的父亲、兄弟和子资源*/
};
flags通常被用来表示资源的类型，可用的资源类型有IO、MEM、IRQ等，在中定义，各资源类型和定义如下：
#defineIORESOURCE_TYPE_BITS0x00001f00/*资源类型*/
#defineIORESOURCE_IO0x00000100
#defineIORESOURCE_MEM0x00000200
#defineIORESOURCE_IRQ0x00000400
#defineIORESOURCE_DMA0x00000800
#defineIORESOURCE_BUS0x00001000
2．资源定义
一个设备的资源定义可以同时包含所占用的多种资源。
例如，对于一个既占用内存资源，又占用IRQ中断资源的设备，其资源定义可以如程序清单2.36所示。
程序清单2.36资源定义实例
#defineEMC_CS2_BASE0x11000000/*总线片选地址*/
staticstructresourceecm_ax88796b_resource[]={
[0]={/*内存资源*/
.start=EMC_CS2_BASE,/*起始地址*/
.end=EMC_CS2_BASE+0xFFF,/*结束地址*/
.flags=IORESOURCE_MEM,/*资源类型：
IORESOURCE_MEM*/
},
[1]={/*IRQ资源*/
.start=IRQ_GPIO_04,
.end=IRQ_GPIO_04,
.flags=IORESOURCE_IRQ,/*资源类型：
IORESOURCE_IRQ*/
}
};
3．资源获取
定义了一个设备的资源后，需通过特定函数获取才能使用，这些函数在文件中定义，一共有3个函数，分别是：
platform_get_resource（）、platform_get_resource_byname（）、platform_get_irq（）和platform_get_irq_byname（）。
platform_get_resource（）函数用于获取指定类型的资源，函数原型如下：
externstructresource*platform_get_resource（structplatform_device*,unsignedint,unsignedint）;
dev指向包含资源定义的platform_device结构；type表示将要获取的资源类型；num表示获取资源的数量。
返回值为0表示获取失败，成功返回申请的资源地址。
platform_get_resource_byname（）则是根据平台设备的设备名称获取指定类型的资源，函数原型如下：
externstructresource*platform_get_resource_byname（structplatform_device*,unsignedint,constchar*）;
另外，内核还单独提供了获取IRQ的接口函数platform_get_irq（），实际上就是platform_get_resource（）获取IORESOURCE_IRQ的封装，方便用户使用。
原型如下：
intplatform_get_irq（structplatform_device*dev,unsignedintnum）;
获取设备的私有数据，可通过宏platform_get_drvdata实现：
#defineplatform_get_drvdata（_dev）dev_get_drvdata（&（_dev）->dev）
实际上是获取_dev->dev->p->driver_data，可参考程序清单2.29device结构的定义。
platform_get_irq_byname（）则可根据平台设备名称获取设备的IRQ资源，函数原型如下：
externintplatform_get_irq_byname（structplatform_device*,constchar*）;
在驱动编写中如何实际使用这些函数，下面给出一个代码片段，如程序清单2.37所示。
程序清单2.37平台资源获取和使用范例
if（!
mem）{
res=platform_get_resource（pdev,IORESOURCE_MEM,0）;/*获取内存资源*/
if（!
res）{
printk（"%s:
getnoresource!
\n",DRV_NAME）;
return-ENODEV;
}
mem=res->start;
}
if（!
irq）
irq=platform_get_irq（pdev,0）;/*获取IRQ资源*/
if（!
request_mem_region（mem,AX88796B_IO_EXTENT,"ax88796b"））{/*申请IO内存*/
PRINTK（ERROR_MSG,PFX"request_mem_regionfail!
"）;
return-EBUSY;
}
addr=ioremap_nocache（mem,AX88796B_IO_EXTENT）;/*内存映射ioremap*/
if（!
addr）{
ret=-EBUSY;
gotorelease_region;
}
该范例演示了内存资源和IRQ资源的获取和使用。
特别说明一下内存资源，在定义内存资源的时候，通常使用内存的物理地址，而在驱动中须转换为虚拟地址使用，所以需要进行ioremap操作，而在ioremap之前又需要先申请IO内存，所以在代码中看到的是先使用request_mem_region（）函数申请IO内存，然后再通过ioremap_nocache（）函数完成内存映射。
1.1.2平台设备
并不是任何设备都可以抽象成为platform_device。
platform_device是在系统中以独立实体出现的设备，包括传统的基于端口的设备、主机到外设的总线以及大部分片内集成的控制器等。
这些设备的一个共同点是CPU都可以通过总线直接对它们进行访问。
在极少数情况下，一个platform_device可能会经过一小段其它总线，但是它的寄存器依然可以被CPU直接访问。
1．platform_device
用于描述平台设备的数据结构是platform_device，在文件中定义，如程序清单2.38所示。
程序清单2.38platform_device数据结构
structplatform_device{
constchar*name;/*设备名称*/
intid;/*设备ID*/
structdevicedev;/*设备的device数据结构*/
u32num_resources;/*资源的个数*/
structresource*resource;/*设备的资源*/
conststructplatform_device_id*id_entry;/*设备ID入口*/
/*体系结构相关的附加项*/
structpdev_archdataarchdata;/*体系结构相关的数据*/
};
name是设备的名称，用于与platform_driver进行匹配绑定，resourse用于描述设备的资源如地址、IRQ等。
2．分配platform_device结构
注册一个platform_device之前，必须先定义或者通过platform_device_alloc（）函数为设备分配一个platform_device结构，platform_device_alloc（）函数原型如下：
structplatform_device*platform_device_alloc（constchar*name,intid）;
3．添加资源
通过platform_device_alloc（）申请得到的platform_device结构，必须添加相关资源和私有数据才能进行注册。
添加资源的函数是platform_device_add_resources：
intplatform_device_add_resources（structplatform_device*pdev,conststructresource*res,unsignedintnum）;
添加私有数据的函数是platform_device_add_data：
intplatform_device_add_data（structplatform_device*pdev,constvoid*data,size_tsize）;
4．注册和注销platform_device
申请到platform_device结构后，可以通过platform_device_register（）往系统注册，platform_device_register（）函数原型如下：
intplatform_device_register（structplatform_device*pdev）;
platform_device_register（）只能往系统注册一个platform_device，如果有多个platform_device，可以用platform_add_devices（）一次性完成注册，platform_add_devices（）函数原型如下：
intplatform_add_devices（structplatform_device**devs,intnum）;
通过platform_device_unregister（）可以注销系统的platform_device，platform_device_unregister（）函数原型如下：
voidplatform_device_unregister（structplatform_device*pdev）;
如果已经定义了设备的资源和私有数据，可以用platform_device_register_resndata（）一次性完成数据结构申请、资源和私有数据添加以及设备注册：
structplatform_device*__init_or_moduleplatform_device_register_resndata（
structdevice*parent,
constchar*name,intid,
conststructresource*res,unsignedintnum,
constvoid*data,size_tsize）;
platform_device_register_simple（）函数是platform_device_register_resndata（）函数的简化版，可以一步实现分配和注册设备操作，platform_device_register_simple（）函数原型如下：
staticinlinestructplatform_device*platform_device_register_simple（
constchar*name,intid,
conststructresource*res,unsignedintnum）;
实际上就是：
platform_device_register_resndata（NULL,name,id,res,num,NULL,0）。
在文件还提供了更多的platform_device相关的操作接口函数，在有必要的时候可以查看并使用。
5．向系统添加平台设备的流程
向系统添加一个平台设备，可以通过两种方式完成：
●方式1：
定义资源，然后定义platform_device结构并初始化；最后注册；
●方式2：
定义资源，然后动态分配一个platform_device结构，接着往结构添加资源信息，最后注册。
两种方式归纳如图2.7所示。
图2.7添加平台设备的方式
1.1.3平台驱动
1．platform_driver
platform_driver是device_driver的封装，提供了驱动的probe和remove方法，也提供了与电源管理相关的shutdown和suspend等方法，如程序清单2.39所示。
程序清单2.39platform_driver数据结构
structplatform_driver{
int（*probe）（structplatform_device*）;/*probe方法*/
int（*remove）（structplatform_device*）;/*remove方法*/
void（*shutdown）（structplatform_device*）;/*shutdown方法*/
int（*suspend）（structplatform_device*,pm_message_tstate）;/*suspend方法*/
int（*resume）（structplatform_device*）;/*resume方法*/
structdevice_driverdriver;/*设备驱动*/
conststructplatform_device_id*id_table;/*设备的ID表*/
};
Platform_driver有5个方法：
●probe成员指向驱动的探测代码，在probe方法中获取设备的资源信息并进行处理，如进行物理地址到虚拟地址的remap，或者申请中断等操作，与模块的初始化代码不同；
●remove成员指向驱动的移除代码，进行一些资源释放和清理工作，如取消物理地址与虚拟地址的映射关系，或者释放中断号等，与模块的退出代码不同；
●shutdown成员指向设备被关闭时的实现代码；
●suspend成员执行设备挂起时候的处理代码；
●resume成员执行设备从挂起中恢复的处理代码。
2．注册和注销platform_driver
注册和注销platform_driver的函数分别是platform_driver_register（）和platform_driver_unregister（），函数原型分别如下：
intplatform_driver_register（structplatform_driver*drv）;
voidplatform_driver_unregister（structplatform_driver*drv）;
另外，platform_driver_probe（）函数也能完成设备注册，原型如下：
intplatform_driver_probe（structplatform_driver*driver,int（*probe）（structplatform_device*））;
如果已经明确知道一个设备不支持热插拔，可以在__init断代码中调用platform_driver_probe（）函数，以减少运行时对内存的消耗。
如程序清单2.40所示代码是中的范例，可以参考。
程序清单2.40使用platform_driver_probe的范例
int__initinit_module（void）
{
intretval;
ne_add_devices（）;
retval=platform_driver_probe（&ne_driver,ne_drv_probe）;
if（retval）{
if（io[0]==0）
printk（KERN_NOTICE"ne.c:
Youmustsupply\"io=0xNNN\""
"value（s）forISAcards.\n"）;
ne_loop_rm_unreg
（1）;
returnretval;
}
/*Unregisterunusedplatform_devices.*/
ne_loop_rm_unreg（0）;
returnretval;
}
注意：
在设备驱动模型中已经提到，bus根据驱动和设备的名称寻找匹配的设备和驱动，因此注册驱动必须保证platform_driver的driver.name字段必须和platform_device的name相同，否则无法将驱动和设备进行绑定而注册失败。
1.1.4平台驱动与普通驱动的差异
基于platform机制编写的驱动与普通字符驱动，只是在框架上有差别，驱动的实际内容是差不多相同的，如果有必要的话，一个普通驱动很容易就可被改写为platform驱动。
图2.8是普通字符驱动与平台驱动的框架对照。
图2.8普通驱动与平台驱动对比
可以看到，将一个普通字符驱动改写为平台驱动，驱动各方法方法的实现以及fops定义都是一样的，不同之处是框架结构发生了变化，资源的申请和释放等代码的位置发生了变化：
●资源申请、设备注册等从普通字符驱动的模块初始化部分移到了平台驱动的probe方法，对于特殊情况，也可以继续放在模块初始化代码中；
●设备注销、资源释放等从普通字符驱动的模块退出代码移到了平台驱动的remove方法。
平台驱动还增加了资源定义和初始化、平台设备和驱动的定义和初始化，以及驱动必要方法的实现等。
平台驱动的模块初始化代码可以很简单，几乎只需简单的调用平台设备注册和注销的接口函数。
1.1.5平台驱动范例
前面已经提到过，采用platform方式编程，能够很好的将资源与驱动分开，便于程序移植和驱动复用。
本节继续以LED为例，用platform方式重新实现LED驱动，实现与第2.5.4小节驱动相同的功能。
为了演示资源和驱动分离，本例将驱动分为如下两个模块：
⏹led_platform模块：
实现资源定义和platform设备注册；
⏹led_drv模块：
通过platform方式实现LED驱动。
在使用的时候，须依次插入led_platform和led_drv，才能生成设备节点。
1．led_platform模块
led_platform模块只有led_platform.c一个文件。
该文件实现了LED资源定义，并向系统注册了一个ledplatform设备，代码如程序清单2.41所示。
程序清单2.41led_platform.c参考代码
1#include
2#include
3#include
4#include
5
6#defineGPIO_LED_PIN_NUM55/*gpio1_23*/
7
8/*定义LED资源*/
9staticstructresourceled_resources[]={
10[0]={
11.start=GPIO_LED_PIN_NUM,
12.end=GPIO_LED_PIN_NUM,
13.flags=IORESOURCE_IO,
14},
15};
16
17staticvoidled_platform_release（structdevice*dev）
18{
19return;
20}
21
22/*定义平台设备*/
23staticstructplatform_deviceled_platform_device={
24.name="led",/*platform_driver中，.name必须与该名字相同*/
25.id=-1,
26.num_resources=ARRAY_SIZE（led_resources）,
27.resource=led_resources,
28.dev={
29/*Device'led'doesnothavearelease（）function,itisbrokenandmustbefixed.*/
30.release=led_platform_release,
31.platform_data=NULL,
32},
33};
34
35staticint__initled_platform_init（void）
36{
37intret;
38
39ret=platform_device_register（&led_platform_device）;
40if（ret<0）{
41platform_device_put（&led_platform_device）;
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