Linux 設備驅動模型
Linux系統將設備和驅動歸一到設備驅動模型中了來管理
設備驅動程序功能：
1，對硬件設備初始化和釋放
2，對設備進行管理，包括實參設置，以及提供對設備的統一操作接口
3，讀取應用程序傳遞給設備文件的數據或回送應用程序請求的數據
4，檢測或處理設備出現的錯誤
設備驅動模型提供了硬件的抽象包括：
1，電源管理
其實，電源管理就是一些設備不工作的時候，讓它歇一會，休眠一會（最低消耗），達到省電的目的
它的一個重要的功能是：
省電模式下，使系統中的設備以一定的先後順序掛起
在全速工作模式下，使系統的設備以一定的先後順序恢復運行
就是這個意思，一條總線上有n個設備，只用當n個設備都掛起的時候，那個總線才能掛起。但是，只要有一個設備恢復，總線就得恢復
2，即插即用設備支持
這個大家都深有體會，你把PS/2的鼠標，鍵盤拔出來，然後再插上去，看看是不是沒反應了。但是把USB的鼠標鍵盤拔下來再插上去，可以繼續用
這就是傳說中的即插即用的支持
3，與用戶空間的通信
和用戶間通信的方式很多，以前大名鼎鼎的proc文件系統，就是一個鮮明的代表。它給了用戶一雙千裏眼。但是proc還是被後來者sysfs文件系統給拿下了，從此改朝換代。
雖然proc依然在世，但是它的影響力已經下降。同時不得不說，proc得到過天下，肯定是有它的過人之處，那裏sysfs可能會受挫。但是強者依然不是那麽好動搖的
Linux設備驅動模型有幾個基本數據結構模型：kobject，kset，subsystem
kobject：這是設備驅動模型的基礎，就想是一座樓的地板磚和磚頭。sysfs是它的子子孫孫，父父爺爺撐起來的
struct kobject
{
const char *name; //顯示在sysfs中的名稱
struct list_head entry; //下一個kobject結構
struct kobject *parent; //指向父kobject結構體，如果存在
struct kset *kset; //指向kset集合
struct kobj_type *ktype; //指向kobject類型描述符
struct sysfs_dirent *sd; //對應sysfs的文件目錄
struct kref kref; //kobject引用計數
unsigned int state_initialized:1; //是否初始化
unsigned int state_in_sysfs:1; //是否加入sysfs
unsigned int state_add_uevent_sent:1; //是否支持熱插
unsigned int state_remove_uevent_sent:1; //是否支持熱拔
}
void kobject_init(struct kobject *kobj,struct kobj_type *ktype)
{
char * err_str;
if(!kobj)
{
err_str = "invalid kobject pointer!"
goto error;
}
if(!ktype)
{
err_str = "must have a ktype to be initialized properly!\n";
goto error;
}
if(kobj->state_initialized)
{
printk(KERN_ERR"kobject (%p): tried to init an initialized"
"object ,something is seriously wrong.\n",kobj);
dump_stack();
}
kobject_init_internal(kobj); //初始化kobject的內部成員
kobj->ktype = ktype ; //為kobject綁定一個ktype屬性
return ;
error:
printk(KERN_ERR"kobject (%p) : %s\n",kobj,err_str);
dump_stack();
}
static void kobject_init_internal(struct koject *kobj)
{
if(!kobj)
return ;
kref_init(&kobj->kerf);
INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry);
kobj->state_in_sysfs = 0;
kobj->state_add_uevent_sent = 0;
kobj->state_remove_uevent_sent = 0;
kobj->state_initialized = 1;
}
內核接口:
kobject_init(); 始化kobject
kobject_get(); 增加kobject引用計數
kobject_put(); 減少kobject引用計數，計數為零時，調用kobject_release（）釋放，它在kobj_type裏面
kobject_set_name(); 設置名字
kobject_rename(); 重命名
kobject_add() 添加
每個kobject都會有一個屬性kobj_type
struct kobj_type
{
void (*release)(struct kobject *kobj); //釋放kobject和其他占用資源的函數
struct sysfs_ops *sysfs_ops; //操作屬性的方法
struct attribute **default_attrs; //屬性數組
};
struct attribute
{
const char *name; //屬性的名稱
struct module *owner; //只用擁有該屬性的模塊，已經不常使用
mode_t mode; //屬性讀寫權限
};
struct sysfs_ops
{
ssize_t (*show)(struct kobject *,struct attribute *,char *); //讀屬性操作函數
ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *,size_t); //寫屬性操作函數
};
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)
{
if(kobj)
kref_get(&kobj->kerf);
return kobj;
}
void kobject_put(struct kobject *kobj)
{
if(kobj)
{
if(!kobj->state_initialized)
WARN(1,KERN_WARNING"kobject: ‘%s‘ (%p):is not initialized,yet kobject_put() is being called.\n",kobject_name(kobj),kobj);
kref_put(&kobj->kref,kobject_release);
}
}
通常kobject類型的default_attr成員定義了kobjet擁有的所有默認屬性。但是特殊情況下，可以添加一些默認的屬性：
添加屬性文件：
int sysfs_create_file(struct kobject *kobj,const struct attribute *attr);
刪除屬性文件：
void sysfs_remove_file(struct kobject *kobj , const struct attribute *attr);
struct kset
{
struct list_head list; //連接所包含的kobject對象的鏈表首地址
spinlock_t list_lock; //維護list鏈表的自旋鎖
struct kobject kobj; //內嵌kobject，說明kset本身也是一個目錄
struct kset_uevent_ops *uevent_ops; //熱插拔事件
};
struct kset_uevent_ops
{
int (*filter)(struct kset *kset,struct kobject *kobj);
const char *(*name)(struct kset *kset,struct kobject *kobj);
int (*uevent)(struct kset *kset,struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_ent *env);
};
kset和kobject關系：
1,kset集合包含了屬於其的kobject結構體，kset.list鏈表用來 連接第一個和最後一個kobject對象。第一個kobject使用entry連接kset集合和第二個kobject對象。第二個kobject對象使用entry連接第一個kobject對象和第三個kobject對象，依次類推，最終形成了一個kobject對象的鏈表
2，所有的kobject結構的parent指針指向kset包含的kobject對象，構成一個父子層次關系
3，kobject的所有kset指針指向包含它的kset集合，所以通過kobject對象很容易就能找到kset集合
4，kobject的kobj_type指針指向自身的kobj_type，每一個kobject都有一個單獨的kobj_type結構。另外在kset集合中也有一個kobject結構體，該結構體的XXX也指向一個kobj_type結構體。可知，kobj_type中定義了一組屬性和操作屬性的方法。這裏註意：kset中kobj_type的優先級要高於kobject對象中的kobj_type的優先級。如果兩個kobj_type都存在，那麽優先調用kset中的函數。如果kset中的kobj_type為空，才調用各個kobject結構體本身對應的kobj_type中的函數
5，kset中的kobj也負責對kset的引用計數
kset操作
void kset_init(struct kset *k) //初始化
{
kobject_init_internal(&k->kobj);
INIT_LIST_HEAD(&k->list);
spin_lock_init(&k->list_lock);
}
int kset_register(struct kset *k); //註冊函數
void kset_unregister(struct kset *k); //註銷函數
static inline struct kset *kset_get(struct kset *k);
static inline void kset_put(struct kset *k);
設備驅動模型的三大組件
總線：
struct bus_type
{
const char *name;
struct bus_attribute *bus_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
struct driver_attribute *drv_attrs;
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);
int (*suspend)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*suspend_late)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*resume_early)(struct device *dev);
struct dev_pm_ops *pm;
struct bus_type_private *p;
};
struct bus_type_private
{
struct kset subsys; //代表該bus子系統，裏面的kobj是該bus的主kobj，也就是最頂層
struct kset *drivers_kset; //掛載到該總線上的所有驅動集合
struct kset * devices_kset; //掛載到該總線上的所有設備集合
struct klist klist_devices; //所有的設備列表
struct klist klist_drivers; //所有的驅動程序列表
struct block_notifier_head bus_notifier;
unsigned int drivers_autoprobe:1; //設置是否在驅動註冊是，自動彈出設備
struct bus_type *bus; //回指向包含自己的總線
};
int bus_register(struct bus_type *bus);
void bus_unregister(struct bus_type *bus);
struct bus_attribute
{
struct attribute attr;
ssize_t (*show)(struct bus_type *bus,char *buf);
ssize_t (*store)（struct bus_type *bus,const char *buf,size_t count);
};
int bus_create_file(struct bus_type *bus,struct bus_attribute *attr);
void bus_remove_file(struct bus_type *bus,struct bus_attribute *attr);
設備：
struct device
{
struct klist klist_children; //連接子設備的鏈表
struct device *parent; //指向父設備的指針
struct kobject kobj; //內嵌的kobject
char bus_id[BUS_ID_SIZE]; //連接到總線上的位置
unsigned uevent_supress:1; //是否支持熱插拔事件
const char *init_name; //設備的初始化名字
struct device_type *type; //設備相關的特殊處理函數
struct bus_type *bus; //指向連接的總線指針
struct device_driver *driver; //指向該設備的驅動程序
void *driver_data; //指向驅動程序私有數據的指針
struct dev_pm_info power; //電源管理信息
dev_t devt; //設備號
struct class *class; //指向設備所屬類
struct attribute_group **groups; //設備的組屬性
void (*release)(struct device *dev); //釋放設備描述符的回調函數
...
};
int device_register(struct device *dev);
void device_unregister(struct device *dev);
struct device_attribute
{
struct attribute attr;
ssize_t (*show)(struct device *dev,struct device_attribute *attr,char *buf);
ssize_t (*store)(struct device *dev,struct device_attribute *attr,const char *buf,size_t count);
};
int device_create_file(struct device *device,struct device_attribute);
void device_remove_file(struct device *dev,struct device_attribute *attr);
驅動：
struct device_driver
{
const char *name; //設備驅動名字
struct bus_type *bus; //指向驅動屬於的總線，總線上有很多設備
struct module *owner; //設備驅動自身模塊
const char *mod_name; //設備驅動名字
int (*probe)(struct device *dev); /探測函數
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
struct attribute_group **group;
struct dev_pm_ops *pm;
struct driver_private *p;
};
struct driver_private
{
struct kobject kobj; //內嵌kobject結構，用來構建設備驅動程序模型
struct klist klist_devices; //該驅動支持的所有設備鏈表
struct klist_node knode_bus; //該驅動所屬總線
struct module_kobject *mkobj; //驅動的模塊
struct device_driver *driver; //指向驅動本身
};
int driver_register(struct device_driver *drv);
void driver_unregister(struct device_driver *drv);
struct driver_attribute
{
struct attribute attr;
ssize_t (*show)(struct device_driver *driver ,char *buf);
ssize_t (*store)(struct device_driver*driver,const char *buf,size_t count);
};
int driver_create_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);
void driver_remove_file(struct device_driver *drv,struct driver_attribute *attr);
Linux 設備驅動模型