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linux平臺裝置驅動架構詳解 Linux Platform Device and Driver——神文,非常詳細

從Linux 2.6起引入了一套新的驅動管理和註冊機制:Platform_device和Platform_driver。
Linux中大部分的裝置驅動,都可以使用這套機制, 裝置用Platform_device表示,驅動用Platform_driver進行註冊。

Linux platform driver機制和傳統的device driver 機制(通過driver_register函式進行註冊)相比,一個十分明顯的優勢在於platform機制將裝置本身的資源註冊進核心,由核心統一管理,在驅動程式中使用這些資源時通過platform device提供的標準介面進行申請並使用。這樣提高了驅動和資源管理的獨立性,並且擁有較好的可移植性和安全性(這些標準介面是安全的)。

Platform機制的本身使用並不複雜,由兩部分組成:platform_device和platfrom_driver。
通過Platform機制開發發底層驅動的大致流程為:   定義 platform_device à 註冊 platform_device à 定義 platform_driver à註冊 platform_driver。

首先要確認的就是裝置的資源資訊,例如裝置的地址,中斷號等。
在2.6核心中platform裝置用結構體platform_device來描述,該結構體定義在kernel\include\linux\platform_device.h中,
struct platform_device {
const char * name;
u32   id;
struct device dev;
u32   num_resources;
struct resource * resource;
};

該結構一個重要的元素是resource,該元素存入了最為重要的裝置資源資訊,定義在kernel\include\linux\ioport.h中,
struct resource {
const char *name;
unsigned long start, end;
unsigned long flags;
struct resource *parent, *sibling, *child;
};

下面舉s3c2410平臺的i2c驅動作為例子來說明:
/* arch/arm/mach-s3c2410/devs.c */
/* I2C */
static struct resource s3c_i2c_resource[] = {
      [0] = {
               .start = S3C24XX_PA_IIC,
               .end = S3C24XX_PA_IIC + S3C24XX_SZ_IIC - 1,
               .flags = IORESOURCE_MEM,
      },
      [1] = {
               .start = IRQ_IIC, //S3C2410_IRQ(27)
               .end = IRQ_IIC,
               .flags = IORESOURCE_IRQ,
      }
};

這裡定義了兩組resource,它描述了一個I2C裝置的資源,第1組描述了這個I2C裝置所佔用的匯流排地址範圍,IORESOURCE_MEM表示第1組描述的是記憶體型別的資源資訊,第2組描述了這個I2C裝置的中斷號,IORESOURCE_IRQ表示第2組描述的是中斷資源資訊。裝置驅動會根據flags來獲取相應的資源資訊。

有了resource資訊,就可以定義platform_device了:
  
struct platform_device s3c_device_i2c = {
      .name = "s3c2410-i2c",
      .id = -1,
      .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c_i2c_resource),
      .resource = s3c_i2c_resource,
};
定義好了platform_device結構體後就可以呼叫函式platform_add_devices向系統中新增該裝置了,之後可以呼叫platform_device_register()進行設備註冊。要注意的是,這裡的platform_device裝置的註冊過程必須在相應裝置驅動載入之前被呼叫,即執行platform_driver_register之前,原因是因為驅動註冊時需要匹配核心中所以已註冊的裝置名。

s3c2410-i2c的platform_device是在系統啟動時,在cpu.c裡的s3c_arch_init()函式裡進行註冊的,這個函式申明為arch_initcall(s3c_arch_init);會在系統初始化階段被呼叫。
arch_initcall的優先順序高於module_init。所以會在Platform驅動註冊之前呼叫。(詳細參考include/linux/init.h)

s3c_arch_init函式如下:
/* arch/arm/mach-3sc2410/cpu.c */
static int __init s3c_arch_init(void)
{
int ret;
……
/* 這裡board指標指向在mach-smdk2410.c裡的定義的smdk2410_board,裡面包含了預先定義的I2C Platform_device等. */
if (board != NULL) {
       struct platform_device **ptr = board->devices;
       int i;
       for (i = 0; i   board->devices_count; i++, ptr++) {
         ret = platform_device_register(*ptr); //在這裡進行註冊
         if (ret) {
            printk(KERN_ERR "s3c24xx: failed to add board device %s (%d) @%p\n", (*ptr)->name, 
ret, *ptr);
         }
       }
       /* mask any error, we may not need all these board
      * devices */
       ret = 0;
}
return ret;
}

同時被註冊還有很多其他平臺的platform_device,詳細檢視arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c裡的smdk2410_devices結構體。


驅動程式需要實現結構體struct platform_driver,參考drivers/i2c/busses
/* device driver for platform bus bits */
static struct platform_driver s3c2410_i2c_driver = {
      .probe = s3c24xx_i2c_probe,
      .remove = s3c24xx_i2c_remove,
      .resume = s3c24xx_i2c_resume,
      .driver = {
               .owner = THIS_MODULE,
               .name = "s3c2410-i2c",
      },
};

在驅動初始化函式中呼叫函式platform_driver_register()註冊platform_driver,需要注意的是s3c_device_i2c結構中name元素和s3c2410_i2c_driver結構中driver.name必須是相同的,這樣在platform_driver_register()註冊時會對所有已註冊的所有platform_device中的name和當前註冊的platform_driver的driver.name進行比較,只有找到相同的名稱的platfomr_device才能註冊成功,當註冊成功時會呼叫platform_driver結構元素probe函式指標,這裡就是s3c24xx_i2c_probe,當進入probe函式後,需要獲取裝置的資源資訊,常用獲取資源的函式主要是:
struct resource * platform_get_resource(struct platform_device *dev, unsigned int type, unsigned int num);
根據引數type所指定型別,例如IORESOURCE_MEM,來獲取指定的資源。

struct int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num);
獲取資源中的中斷號。



下面舉s3c24xx_i2c_probe函式分析,看看這些介面是怎麼用的。
前面已經講了,s3c2410_i2c_driver註冊成功後會呼叫s3c24xx_i2c_probe執行,下面看程式碼:
/* drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c */
static int s3c24xx_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct s3c24xx_i2c *i2c = &s3c24xx_i2c;
struct resource *res;
int ret;

/* find the clock and enable it */

i2c->dev = &pdev->dev;
i2c->clk = clk_get(&pdev->dev, "i2c");
if (IS_ERR(i2c->clk)) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot get clock\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}
dev_dbg(&pdev->dev, "clock source %p\n", i2c->clk);
clk_enable(i2c->clk);
/* map the registers */
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); /* 獲取裝置的IO資源地址 */
if (res == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot find IO resource\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}

i2c->ioarea = request_mem_region(res->start, (res->end-res->start)+1, pdev->name); /* 申請這塊IO Region */

if (i2c->ioarea == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot request IO\n");
    ret = -ENXIO;
    goto out;
}

i2c->regs = ioremap(res->start, (res->end-res->start)+1); /* 對映至核心虛擬空間 */

if (i2c->regs == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot map IO\n");
    ret = -ENXIO;
    goto out;
}

dev_dbg(&pdev->dev, "registers %p (%p, %p)\n", i2c->regs, i2c->ioarea, res);

/* setup info block for the i2c core */
i2c->adap.algo_data = i2c;
i2c->adap.dev.parent = &pdev->dev;

/* initialise the i2c controller */
ret = s3c24xx_i2c_init(i2c);
if (ret != 0)
    goto out;
/* find the IRQ for this unit (note, this relies on the init call to ensure no current IRQs pending */

res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0); /* 獲取裝置IRQ中斷號 */
if (res == NULL) {
    dev_err(&pdev->dev, "cannot find IRQ\n");
    ret = -ENOENT;
    goto out;
}

ret = request_irq(res->start, s3c24xx_i2c_irq, IRQF_DISABLED, /* 申請IRQ */
    pdev->name, i2c);

……
return ret;

}

小思考:
那什麼情況可以使用platform driver機制編寫驅動呢?
我的理解是隻要和核心本身執行依賴性不大的外圍裝置(換句話說只要不在核心執行所需的一個最小系統之內的裝置),相對獨立的,擁有各自獨自的資源(addresses and IRQs),都可以用platform_driver實現。如:lcd,usb,uart等,都可以用platfrom_driver寫,而timer,irq等最小系統之內的裝置則最好不用platfrom_driver機制,實際上核心實現也是這樣的。