哈嘍，我是老吳。

是否每一個(gè)上進(jìn)的人都會(huì)覺得自己還可以再努力一點(diǎn)？

事情到了最后，只要沒達(dá)成目的，總能把失敗的原因歸為 "沒有再努力一點(diǎn)"。

但是，對(duì)努力的最大錯(cuò)誤認(rèn)知就是：時(shí)間越長，過程越痛苦，代表我越努力。

想一想，是否有更合理的努力方式？

以下是正文：

一、什么是 device model？
二、device model 的 3 個(gè)核心概念
三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的？
四、bus、device、driver 最簡單示例
五、小結(jié)
六、相關(guān)參考

一、什么是 device model？

Linux 的 device model 是一個(gè)旨在統(tǒng)一管理所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模型。

它猶如一棟規(guī)模宏大的建筑：

以 kobject、kset、attribute 等作為基本的建筑材料，

構(gòu)造出支撐驅(qū)動(dòng)世界的 bus、device、driver 三大組件，

最后通過 sysfs 在各種基礎(chǔ)的建筑材料之間建立彼此的互聯(lián)層次關(guān)系，并向外界提供了與建筑內(nèi)設(shè)施進(jìn)行互動(dòng)的文件接口。

點(diǎn)擊查看大圖

device model 有什么作用？

可以將 device 的硬件描述和 driver 進(jìn)行分離，提升 driver 的代碼復(fù)用率;

可以對(duì) device 進(jìn)行分類;

可以遍歷 device 和 driver;

可以更好地呈現(xiàn)設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系;

可以通過 sysfs 訪問設(shè)備;

可以讓設(shè)備支持熱插拔;

...

為了控制篇幅，本文將重點(diǎn)放在與驅(qū)動(dòng)工程師關(guān)系最緊密的 bus、device、driver 3 個(gè) 組件。

二、device model 的 3 個(gè)核心概念

device model 里有 3 個(gè)核心的概念：

bus
device
driver

什么是 bus？

bus 代表一種總線，例如 I2C、SPI、USB 等。

bus 是 Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型這種建筑的核心框架，系統(tǒng)中的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)都依附在其周圍。

啟動(dòng)系統(tǒng)后，可以通過 /sys/bus 可以查看系統(tǒng)里當(dāng)前有哪些總線。

bus 由 struct bus_type 來描述：

struct bus_type {
 const char *name;
 const char *dev_name;
 struct device *dev_root;
 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);

 ...
 struct subsys_private *p;
 struct lock_class_key lock_key;
};

不需要一下子了解各個(gè)成員的作用，用到的時(shí)候再說明。

重點(diǎn)關(guān)注成員：

int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv)，用于判斷掛在該 bus 上的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)是否匹配的回調(diào)函數(shù);
int (*probe)(struct device *dev)，如果 bus 具有探測設(shè)備的能力，則會(huì)提供該回調(diào)函數(shù);
struct subsys_private *p，用于管理 bus 上的設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);

注冊(cè) bus 的 api：

int bus_register(struct bus_type *bus);

什么是 device ?

device 代表了某個(gè)設(shè)備。

由 struct device 來描述：

struct device {
 struct device *parent;
 struct device_private *p;
 struct kobject kobj;
 const char *init_name;
 const struct device_type *type;
 struct mutex mutex;
 struct bus_type *bus;
 struct device_driver *driver;
 void *platform_data;
 void *driver_data;
    ...
}

重點(diǎn)關(guān)注成員：

struct kobject kobj，內(nèi)核對(duì)象;
struct bus_type *bus，設(shè)備所在的總線;
struct device_driver *driver，和設(shè)備綁定在一起的驅(qū)動(dòng)，如果還沒綁定，則為 NULL;

注冊(cè) device 的 api：

int device_register(struct device *dev)

什么是 driver？

driver 代表了設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

由 struct device_driver 來描述：

struct device_driver {
 const char *name;
 struct bus_type *bus;

 struct module *owner;
 const char *mod_name; /* used for built-in modules */

 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
 enum probe_type probe_type;

 const struct of_device_id *of_match_table;
 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;

 int (*probe) (struct device *dev);
 int (*remove) (struct device *dev);
 void (*shutdown) (struct device *dev);
 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
 int (*resume) (struct device *dev);
 const struct attribute_group **groups;

 const struct dev_pm_ops *pm;

 struct driver_private *p;
};

重點(diǎn)關(guān)注成員：

struct bus_type *bus;
int (*probe) (struct device *dev);

值得一提的是，總線控制器也是一種設(shè)備。

例如 I2C 總線控制器這個(gè)設(shè)備，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)為 I2C controller driver。

而掛在 I2C 總線上的設(shè)備，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)為 I2C device driver。

注冊(cè) driver 的 api：

int driver_register(struct device_driver *drv);

三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的？

device model 最核心的工作就是維護(hù)這三類抽象的實(shí)例，以及建立它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

bus 如何管理 device 和 driver ?

在 struct bus_type 中有一個(gè) struct subsys_private *p 指針，它負(fù)責(zé)管理掛在 bus 上的所有設(shè)備和驅(qū)動(dòng)，其定義如下：

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;
};

點(diǎn)擊查看大圖

兩個(gè) klist 成員以鏈表的形式將該總線上所有的驅(qū)動(dòng)與設(shè)備鏈接到一起。

struct kset *drivers_kset 和 struct kset *devices_kset 是在向系統(tǒng)注冊(cè)當(dāng)前新總線時(shí)動(dòng)態(tài)生成的容納該總線上所有驅(qū)動(dòng)與設(shè)備的 kset。

在內(nèi)核里，用 kobject 來表示一個(gè)對(duì)象，kset 則是 kobject set 的縮寫，即內(nèi)核對(duì)象集合。

內(nèi)核用 kobject 和 kset 等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為原材料，以實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建了 device model 的框架。

最后，device 和 device_driver 的 bus 成員也會(huì)指向總線：

device 和 driver 的綁定

無論是通過 device_register() 注冊(cè)一個(gè) device 到 bus 上，

還是通過 driver_register() 注冊(cè)一個(gè) device_driver 到 bus 上，

都會(huì)導(dǎo)致 bus 嘗試執(zhí)行 device 和 driver 的綁定行為。

1. device_register() 觸發(fā)的綁定

注冊(cè) device 時(shí)：

int device_register(struct device *dev);
 device_add(dev);
  bus_probe_device(dev);
   __device_attach(dev, true);

__device_attach(dev, true) 會(huì)為 device 遍歷 bus 上的所有 driver：

bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, &data, __device_attach_driver);
 driver_match_device(drv, dev);
  drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;
 driver_probe_device(drv, dev);

driver_match_device() 通過 bus 里的 match 函數(shù)來判斷是否 device 和 driver 是否匹配，

是否 match 的判斷標(biāo)準(zhǔn)一般是通過 of_match_table 或者是 id_table 作為衡量的標(biāo)準(zhǔn)，

以 i2c bus 的 match 函數(shù)為例：

static int i2c_device_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
 struct i2c_client *client = i2c_verify_client(dev);
 struct i2c_driver *driver;


 /* Attempt an OF style match */
 if (i2c_of_match_device(drv->of_match_table, client))
  return 1;

 /* Then ACPI style match */
 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
  return 1;

 driver = to_i2c_driver(drv);

 /* Finally an I2C match */
 if (i2c_match_id(driver->id_table, client))
  return 1;

 return 0;
}

一旦 match 成功，就會(huì)調(diào)用 driver_probe_device() 以觸發(fā)探測設(shè)備的行為：

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev);
 really_probe(dev, drv);
  if (dev->bus->probe) {
   ret = dev->bus->probe(dev);
  } else if (drv->probe) {
   ret = drv->probe(dev);
  }

如果 bus 具有探測設(shè)備的能力的話，例如 pci bus，則會(huì)使用 bus->probe() 探測設(shè)備，

否則，使用 driver->probe() 探測設(shè)備，driver 的 probe 操作跟具體的硬件設(shè)備掛鉤。

2. 由 driver_register() 觸發(fā)的綁定

int driver_register(struct device_driver *drv);
 bus_add_driver(drv);
  driver_attach(drv);

driver_attach(drv) 會(huì)為 driver 遍歷 bus 上的所有 device：

int driver_attach(struct device_driver *drv);
 bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);
  __driver_attach();
   driver_match_device(drv, dev);
   driver_probe_device(drv, dev);

和 device_register() 一樣，最終都會(huì)調(diào)用 driver_match_device(drv, dev)，

進(jìn)而通過 bus 里的 match 函數(shù)來判斷是否 device 和 driver 是否匹配。

同樣地，一旦 match 成功，就會(huì)調(diào)用 driver_probe_device() 以觸發(fā)探測設(shè)備的行為，后續(xù)的操作和注冊(cè)設(shè)備時(shí)是一模一樣的。

3. device 和 drvier 的綁定關(guān)系

前面說了綁定是如何被觸發(fā)的，現(xiàn)在來明確一下綁定的具體操作。

對(duì)于能成功匹配的 device 和 driver，兩者之間的關(guān)系是 N 對(duì) 1，即可以有多個(gè) device 和 1 個(gè) driver 綁定在一起。

點(diǎn)擊查看大圖

對(duì)于 device：

其 driver 成員指向已綁定的 device_driver。

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)
 really_probe(dev, drv);
  dev->driver = drv;

對(duì)于 driver：

在 device_driver 里鏈表 klist_devices 保存了該 driver 上已綁定的所有 device。

int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)
 really_probe(dev, drv);
  driver_bound(dev);
   klist_add_tail(&dev->p->knode_driver, &dev->driver->p->klist_devices);

在 /driver/base/driver.c 中，提供了一些 api，用于遍歷處理 driver 上綁定的所有 device:

int driver_for_each_device()
struct device *driver_find_device()

四、bus、device、driver 最簡單示例

下面的例子，

構(gòu)造了一個(gè)名為 "simple_bus" 的 bus 實(shí)例。

simple_bus.c：注冊(cè)了一條名為 "sb" 的 bus，并且提供了注冊(cè) device 和 driver 的 api。

static int sb_match(struct device *dev, struct device_driver *driver)
{
 return !strncmp(dev_name(dev), driver->name, strlen(driver->name));
}

struct bus_type sb_bus_type = {
 .name = "sb",
 .match = sb_match,
};

static ssize_t version_show(struct bus_type *bus, char *buf)
{
 return snprintf(buf, PAGE_SIZE, "%s\n", Version);
}

static BUS_ATTR_RO(version);

static void sb_dev_release(struct device *dev)
{ }

int register_sb_device(struct sb_device *sbdev)
{
    sbdev->dev.bus = &sb_bus_type;
 sbdev->dev.release = sb_dev_release;
    dev_set_name(&sbdev->dev, sbdev->name);
    return device_register(&sbdev->dev);
}
EXPORT_SYMBOL(register_sb_device);

void unregister_sb_device(struct sb_device *sbdev)
{
 device_unregister(&sbdev->dev);
}
EXPORT_SYMBOL(unregister_sb_device);

static int sb_drv_probe(struct device *dev)
{
 printk(KERN_INFO"sb_drv probe %s\n", dev_name(dev));
 return 0;
}

int register_sb_driver(struct sb_driver *sdrv)
{
 sdrv->driver.bus = &sb_bus_type;
 sdrv->driver.probe = &sb_drv_probe;
 return driver_register(&sdrv->driver);
}
EXPORT_SYMBOL(register_sb_driver);

void unregister_sb_driver(struct sb_driver *driver)
{
 driver_unregister(&driver->driver);
}
EXPORT_SYMBOL(unregister_sb_driver);

static int __init sb_bus_init(void)
{
 int ret;

 ret = bus_register(&sb_bus_type);
 if (ret) {
  printk(KERN_ERR "Unable to register sb bus, failure was %d\n",ret);
  return ret;
 }
 if (bus_create_file(&sb_bus_type, &bus_attr_version))
  printk(KERN_ERR "Unable to create version attribute\n");
 return 0;
}

static void sb_bus_exit(void)
{
 bus_unregister(&sb_bus_type);
}

module_init(sb_bus_init);
module_exit(sb_bus_exit);

xxx_chip.c：注冊(cè)4個(gè)名為 "chipX" 的 device

struct xxx_chip {
 char devname[20];
 struct sb_device sdev;
};

int chipdev_num = 4;
struct xxx_chip *chipdev;

static void chip_register_dev(struct xxx_chip *dev, int index)
{
 snprintf(dev->devname, sizeof(dev->devname), "chip%d", index);
 dev->sdev.name = dev->devname;
 dev_set_drvdata(&dev->sdev.dev, dev);
 register_sb_device(&dev->sdev);
}

int chip_init(void)
{
    int i;

    chipdev = kmalloc(chipdev_num*sizeof (struct xxx_chip), GFP_KERNEL);

    memset(chipdev, 0, chipdev_num*sizeof (struct xxx_chip));
    for (i = 0; i < chipdev_num; i++) {
  chip_register_dev(chipdev + i, i);
 }

    return 0;
}

void chip_cleanup(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < chipdev_num; i++) {
  unregister_sb_device(&chipdev[i].sdev);
 }
    kfree(chipdev);
}

module_init(chip_init);
module_exit(chip_cleanup);

xxx_chip_drv.c：注冊(cè)1個(gè)名為 "chip" 的 driver

static struct sb_driver sculld_driver = {
 .driver = {
  .name = "chip",
 },
};

int xxx_chipdrv_init(void)
{
    return register_sb_driver(&sculld_driver);
}

void xxx_chipdrv_cleanup(void)
{
    unregister_sb_driver(&sculld_driver);
}

module_init(xxx_chipdrv_init);
module_exit(xxx_chipdrv_cleanup);

運(yùn)行效果：

root@buildroot:~# insmod simple_bus.ko 
root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb
/sys/bus/sb
├── devices
├── drivers
├── drivers_autoprobe
├── drivers_probe
├── uevent
└── version

root@buildroot:~# insmod xxx_chip.ko 
root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb
/sys/bus/sb
├── devices
│   ├── chip0 -> ../../../devices/chip0
│   ├── chip1 -> ../../../devices/chip1
│   ├── chip2 -> ../../../devices/chip2
│   └── chip3 -> ../../../devices/chip3
├── drivers
├── drivers_autoprobe
├── drivers_probe
├── uevent
└── version

root@buildroot:~# insmod xxx_chip_drv.ko
sb_drv probe chip0
sb_drv probe chip1
sb_drv probe chip2
sb_drv probe chip3

root@buildroot:~# tree /sys/bus/sb
/sys/bus/sb
├── devices
│   ├── chip0 -> ../../../devices/chip0
│   ├── chip1 -> ../../../devices/chip1
│   ├── chip2 -> ../../../devices/chip2
│   └── chip3 -> ../../../devices/chip3
├── drivers
│   └── chip
│       ├── bind
│       ├── chip0 -> ../../../../devices/chip0
│       ├── chip1 -> ../../../../devices/chip1
│       ├── chip2 -> ../../../../devices/chip2
│       ├── chip3 -> ../../../../devices/chip3
│       ├── uevent
│       └── unbind
├── drivers_autoprobe
├── drivers_probe
├── uevent
└── version

通過打印信息可知，device 和 driver 經(jīng)由 bus 判斷是否 match 之后，執(zhí)行了 driver 的 probe() 函數(shù)，符合我們前面的分析。

五、小結(jié)

Linux 的 device model 是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。

從一個(gè)比較高的層次來看，主要由總線、設(shè)備和驅(qū)動(dòng)構(gòu)成。

內(nèi)核為了實(shí)現(xiàn)這些組件間的相關(guān)關(guān)系，定義了 kobject 和 kset 這樣的基礎(chǔ)底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后通過 sysfs 文件系統(tǒng)向用戶空間展示發(fā)生在內(nèi)核空間中的各組件間的互聯(lián)層次關(guān)系，并以文件系統(tǒng)接口的方式為用戶空間程序提供了訪問內(nèi)核對(duì)象屬性信息的簡易方法。

為了控制篇幅，本文并沒有涉及到 kojbect 和 sysfs。

如果你感興趣的話，去挖掘一下以下內(nèi)容：

device model 的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) kojbect、kset 是如何工作的？
內(nèi)核是如何使用 device model 去構(gòu)建 i2c、spi、usb 等驅(qū)動(dòng)框架？
device model 和 sysfs 是如何協(xié)同工作的？
sysfs 里如何創(chuàng)建屬性文件以訪問設(shè)備驅(qū)動(dòng)？
sysfs 里的 class 有什么作用？

六、相關(guān)參考

《Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)》

第 14 章 Linux 設(shè)備模型

《深入 Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)核機(jī)制》

第 9 章 Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型

《Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)詳解》

第 5 章　Linux文件系統(tǒng)與設(shè)備文件
第 12 章　Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的軟件架構(gòu)思想

Linux/Documentation/driver-model

bus.txt
class.txt
device.txt
driver.txt
overview.txt

思考技術(shù)，也思考人生

要學(xué)習(xí)技術(shù)，更要學(xué)習(xí)如何生活。

收獲了什么？

溫習(xí)了一些關(guān)于基金定投的基礎(chǔ)知識(shí);

你和我各有一個(gè)蘋果，如果我們交換蘋果的話，我們還是只有一個(gè)蘋果。但當(dāng)你和我各有一個(gè)想法，我們交換想法的話，我們就都有兩個(gè)想法了。

覺得文章對(duì)你有價(jià)值，不妨 在看 + 分享。

推薦閱讀：

專輯 | Linux 驅(qū)動(dòng)開發(fā)

專輯 | 每天一點(diǎn) C

專輯 | Linux 系統(tǒng)編程

推薦閱讀：

關(guān)注公眾號(hào)，后臺(tái)回復(fù)「1024」獲取學(xué)習(xí)資料網(wǎng)盤鏈接。

歡迎點(diǎn)贊，關(guān)注，轉(zhuǎn)發(fā)，在看，您的每一次鼓勵(lì)，我都將銘記于心~

Linux 驅(qū)動(dòng)開發(fā) | 驅(qū)動(dòng)世界里的宏偉建筑

一、什么是 device model？

二、device model 的 3 個(gè)核心概念

什么是 bus？

什么是 device ?

什么是 driver？

三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的？

bus 如何管理 device 和 driver ?

device 和 driver 的綁定

1. device_register() 觸發(fā)的綁定

2. 由 driver_register() 觸發(fā)的綁定

3. device 和 drvier 的綁定關(guān)系

四、bus、device、driver 最簡單示例

五、小結(jié)

六、相關(guān)參考

思考技術(shù)，也思考人生

最近在看的書：

收獲了什么？

Linux 驅(qū)動(dòng)開發(fā) | 驅(qū)動(dòng)世界里的宏偉建筑

一、什么是 device model？

二、device model 的 3 個(gè)核心概念

什么是 bus？

什么是 device ?

什么是 driver？

三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的？

bus 如何管理 device 和 driver ?

device 和 driver 的綁定

1. device_register() 觸發(fā)的綁定

2. 由 driver_register() 觸發(fā)的綁定

3. device 和 drvier 的綁定關(guān)系

四、bus、device、driver 最簡單示例

五、小結(jié)

六、相關(guān)參考

思考技術(shù)，也思考人生

最近在看的書：

收獲了什么？

一、什么是 device model？

什么是 bus？

什么是 driver？

三、bus、device、driver 是如何關(guān)聯(lián)的？

四、bus、device、driver 最簡單示例

六、相關(guān)參考

思考技術(shù)，也思考人生

收獲了什么？