3. 字符设备驱动-总线设备驱动模型写法

作者: JalynFang | 来源:发表于2019-02-17 22:23 被阅读0次

一、引言：

在字符设备驱动的传统写法中，介绍了字符设备的传统写法。从代码中我们可以看到，使用的引脚，写死在代码中了，如果更改硬件资源，比如将GPIO3_4改成GPIO3_5，那就需要重新编译这个驱动程序，如果该驱动程序是放在内核里的，那么就需要重新编译内核。并且，在需要更改硬件资源的时候都需要去阅读驱动源码，对于没有写驱动能力的人来说，这也是挺痛苦的。在Linux内核持续发展中，改进了写驱动程序的方法，使用总线设备驱动模型。

为了方便对比学习，我们在上节传统字符设备写法基础上进行修改。总线设备驱动模型将驱动程序分成了两部分led_dev 和 led_drv ；dev部分指定硬件资源，drv分配设置fileoperations结构体然后根据硬件资源来操作硬件。

二、BUS - dev

现在我们来看下，内核中又是如何指定硬件资源的？以面向对象的思想的方法，在内核里它定义一个dev的时候，也是去分配设置某个结构体，这个结构体就是平台设备。
平台设备使用struct platform_device来描述:

 struct platform_device {
  const char       * name;           //设备名称，要与platform_driver的name一样,
                                        //这样总线才能匹配成功
  u32          id;                   //id号,插入总线下相同name的设备编号(一个驱动可以有多个设备),
                                        //如果只有一个设备填-1
  struct  device  dev;               //内嵌的具体的device结构体,其中成员platform_data,是个void *类型,
                                        //可以给平台driver提供各种数据(比如:GPIO引脚等等)
  u32 num_resources;                 //资源数量，
  struct resource         * resource;    //资源结构体,保存设备的信息
};

resource资源，就是用来记录地址，地址等资源，供drv使用。
其中resource资源结构体,如下:

struct resource {
         resource_size_t start;                    //起始资源,如果是地址的话,必须是物理地址
         resource_size_t end;                      //结束资源,如果是地址的话,必须是物理地址
         const char *name;                         //资源名
         unsigned long flags;                      //资源的标志
         //比如IORESOURCE_MEM,表示地址资源, IORESOURCE_IRQ表示中断引脚... ...

         struct resource *parent, *sibling, *child;   //资源拓扑指针父、兄、子,可以构成链表
};

分析到这里，可以看出，对于 bus-dev 这边，就是去定义一个一个的platform_device,然后去注册到bus总线上。对于 bus-drv 那边，也类似，定义了一个一个的platform_driver然后注册到bus总线上。
内核里有那么多的platform_device,上百个都有可能，同时也存在那么多个platform_driver；问题来了，platform_driver该从哪个platform_device里获得指定的硬件资源呢？或者说，对于指定的platform_device又是给内核中那么多的platform_driver中的哪个提供硬件资源的描述呢？他们之间需要有个匹配，在BUS（我们平时使用的一般为platform_bus_type）里有个match函数，就是用来匹配drv和dev。如果匹配，则调用drv->probe函数；至于probe函数里做什么，由驱动开发者决定；总线设备驱动模型不过提供了这样一种机制。它并不是驱动程序的核心，核心仍然是drv里的分配、设置、注册file_operations结构体。
接下来看总线里的match函数是如何确定dev和drv是否匹配的。总线下面挂载着一系列的dev和一系列的drv，设备、驱动匹配时就是通过match函数来两两比较的，一旦match成功，则调用drv里的probe函数。

机制讲完，开始写代码。

2.1 编写 led_dev

2.1.1 首先分配设置一个平台 dev

static struct platform_device led_dev = {
    .name         = "myled",                           //对应的platform_driver驱动的名字
    .id       = -1,                                    //表示只有一个设备
    .num_resources    = ARRAY_SIZE(led_resource), //资源数量,ARRAY_SIZE()函数:获取数量
    .resource     = led_resource,  //资源数组led_resource
    .dev = { 
        .release = led_release,   //释放函数，必须向内核提供一个release函数, 、
                                //否则卸载时,内核找不到该函数会报错
    },
};

.name 设置平台设备中的名字，用于与平台驱动匹配；
.resource 资源，用于描述设备信息，具体类型通过resource中的flags标识；资源类型主要有：

好像都没有指明引脚的资源，那怎么办？反正这个平台资源是自己使用的，我们先假设其为MEM资源，在驱动解析使用时，并不把他当成是MEM，内存资源，直接当成一个引脚

static struct resource led_resource[] = {
    [0] = {
        .start = S3C2440_GPF(5),
        .end   = S3C2440_GPF(5),
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
};

2.1.2 在入口时注册

platform_device_register(&led_dev);

2.1.3 出口时卸载

platform_device_unregister(&led_dev);

完整的led_dev.c如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/serial_core.h>
#include <linux/platform_device.h>

#define S3C2440_GPA(n)  (0<<16 | n)
#define S3C2440_GPB(n)  (1<<16 | n)
#define S3C2440_GPC(n)  (2<<16 | n)
#define S3C2440_GPD(n)  (3<<16 | n)
#define S3C2440_GPE(n)  (4<<16 | n)
#define S3C2440_GPF(n)  (5<<16 | n)
#define S3C2440_GPG(n)  (6<<16 | n)
#define S3C2440_GPH(n)  (7<<16 | n)
#define S3C2440_GPI(n)  (8<<16 | n)
#define S3C2440_GPJ(n)  (9<<16 | n)

/* 分配/设置/注册一个platform_device */

static struct resource led_resource[] = {
    [0] = {
        .start = S3C2440_GPF(5),
        .end   = S3C2440_GPF(5),
        .flags = IORESOURCE_MEM,
    },
};

static void led_release(struct device * dev)
{
}


static struct platform_device led_dev = {
    .name         = "myled",
    .id       = -1,
    .num_resources    = ARRAY_SIZE(led_resource),
    .resource     = led_resource,
    .dev = { 
        .release = led_release, 
    },
};

static int led_dev_init(void)
{
    platform_device_register(&led_dev);
    return 0;
}

static void led_dev_exit(void)
{
    platform_device_unregister(&led_dev);
}

module_init(led_dev_init);
module_exit(led_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2.2 编写 led_drv

2.2.1 首先还是先分配设置一个平台 drv

struct platform_driver led_drv = {
    .probe      = led_probe,
    .remove     = led_remove,
    .driver     = {
        .name   = "myled",
    }
};

经过对平台总线机制的分析，我们知道在平台drv中也有个名字，就是用这个名字（"myled"）来和平台dev中的名字做匹配的，一旦匹配，则调用平台drv中的probe函数。接下来编写probe函数，其参数中有个 platform_device 平台 dev ，在传统的字符设备写法中，在入口函数中直接注册了字符设备；file_operations中的open、write直接使用了led_pin，led_pin是直接写死在驱动代码中的；现在，我们要使用平台总线的方法来写，这个引脚资源需要从对应的平台 dev 里来获得这个资源，确定这个引脚。

static struct file_operations myled_oprs = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = led_open,
    .write = led_write,
    .release = led_release,
};

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource     *res;

    /* 根据platform_device的资源进行ioremap 
        参数 0代表IORESOURCE_MEM这类资源中的第0个，
        把他取出来后res->start，代表的就是引脚了*/
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    led_pin = res->start;

    major = register_chrdev(0, "myled", &myled_oprs);

    led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
    device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); /* /dev/led */
    
    return 0;
}

在remove里面来unregister：

static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    unregister_chrdev(major, "myled");
    device_destroy(led_class,  MKDEV(major, 0));
    class_destroy(led_class);
    
    return 0;
}

接下来的就还是原本的那套，完整代码如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/of_platform.h>
#include <linux/platform_device.h>

#define S3C2440_GPA(n)  (0<<16 | n)
#define S3C2440_GPB(n)  (1<<16 | n)
#define S3C2440_GPC(n)  (2<<16 | n)
#define S3C2440_GPD(n)  (3<<16 | n)
#define S3C2440_GPE(n)  (4<<16 | n)
#define S3C2440_GPF(n)  (5<<16 | n)
#define S3C2440_GPG(n)  (6<<16 | n)
#define S3C2440_GPH(n)  (7<<16 | n)
#define S3C2440_GPI(n)  (8<<16 | n)
#define S3C2440_GPJ(n)  (9<<16 | n)

static int led_pin;
static volatile unsigned int *gpio_con;
static volatile unsigned int *gpio_dat;

/* 123. 分配/设置/注册file_operations 
 * 4. 入口
 * 5. 出口
 */

static int major;
static struct class *led_class;

static unsigned int gpio_base[] = {
    0x56000000, /* GPACON */
    0x56000010, /* GPBCON */
    0x56000020, /* GPCCON */
    0x56000030, /* GPDCON */
    0x56000040, /* GPECON */
    0x56000050, /* GPFCON */
    0x56000060, /* GPGCON */
    0x56000070, /* GPHCON */
    0,          /* GPICON */
    0x560000D0, /* GPJCON */
};

static int led_open (struct inode *node, struct file *filp)
{
    /* 把LED引脚配置为输出引脚 */
    /* GPF5 - 0x56000050 */
    int bank = led_pin >> 16;
    int base = gpio_base[bank];

    int pin = led_pin & 0xffff;
    gpio_con = ioremap(base, 8);
    if (gpio_con) {
        printk("ioremap(0x%x) = 0x%x\n", base, gpio_con);
    }
    else {
        return -EINVAL;
    }
    
    gpio_dat = gpio_con + 1;

    *gpio_con &= ~(3<<(pin * 2));
    *gpio_con |= (1<<(pin * 2));  

    return 0;
}

static ssize_t led_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
    /* 根据APP传入的值来设置LED引脚 */
    unsigned char val;
    int pin = led_pin & 0xffff;
    
    copy_from_user(&val, buf, 1);

    if (val)
    {
        /* 点灯 */
        *gpio_dat &= ~(1<<pin);
    }
    else
    {
        /* 灭灯 */
        *gpio_dat |= (1<<pin);
    }

    return 1; /* 已写入1个数据 */
}

static int led_release (struct inode *node, struct file *filp)
{
    printk("iounmap(0x%x)\n", gpio_con);
    iounmap(gpio_con);
    return 0;
}


static struct file_operations myled_oprs = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = led_open,
    .write = led_write,
    .release = led_release,
};

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource     *res;

    /* 根据platform_device的资源进行ioremap 
        参数 0代表IORESOURCE_MEM这类资源中的第0个，
        把他取出来后res->start，代表的就是引脚了*/
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    led_pin = res->start;

    major = register_chrdev(0, "myled", &myled_oprs);

    led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");
    device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "led"); /* /dev/led */
    
    return 0;
}

static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    unregister_chrdev(major, "myled");
    device_destroy(led_class,  MKDEV(major, 0));
    class_destroy(led_class);
    
    return 0;
}


struct platform_driver led_drv = {
    .probe      = led_probe,
    .remove     = led_remove,
    .driver     = {
        .name   = "myled",
    }
};


static int myled_init(void)
{
    platform_driver_register(&led_drv);
    return 0;
}

static void myled_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&led_drv);
}

module_init(myled_init);
module_exit(myled_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

2.3 makefile

KERN_DIR = /work/system/linux-4.19-rc3

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m   += led_drv.o
obj-m   += led_dev.o

2.4 test.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

/* ledtest on
  * ledtest off
  */
int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    unsigned char val = 1;
    fd = open("/dev/led", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("can't open!\n");
    }
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage :\n");
        printf("%s <on|off>\n", argv[0]);
        return 0;
    }

    if (strcmp(argv[1], "on") == 0)
    {
        val  = 1;
    }
    else
    {
        val = 0;
    }
    
    write(fd, &val, 1);
    return 0;
}

2.5 测试

2.5.1 加载led_drv

2.5.2 加载led_dev

2.5.3 运行测试代码

接下来，如果想更变LED引脚，就不需要再修改led_drv.c了，直接在led_dev.c里更改相应引脚就OK了。

三、写在最后

赋个图介绍下，注册平台dev、注册平台drv所触发的match、probe过程是怎样进行的：

3. 字符设备驱动-总线设备驱动模型写法

一、引言：

二、BUS - dev

2.1 编写 led_dev

2.2 编写 led_drv

2.3 makefile

2.4 test.c

2.5 测试

三、写在最后

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