《Linux Device Drivers》第十四章 Linux 设备型号

时间:2022-06-12 20:56:49
  • 基本介绍
    • 2.6内核设备模型来提供的抽象叙述性描述的一般系统的结构,为了支持各种不同的任务
      • 电源管理和系统关机
      • 用户空间与通信
      • 热插拔设备
      • 设备类型
  • kobject、kset和子系统
    • kobject是组成设备模型的基本结构
      • 对象的引用计数
      • sysfs表述
      • 数据结构关联
      • 热插拔事件处理
    • kobject基础知识
      • <linux/kobject.h>
      • 嵌入的kobject
        • 内核代码非常少去创建一个单独的kobject对象。kobject用于控制对大型域相关对象的訪问
      • kobject的初始化
        • 首先将kobject设置为0。通常使用memset
        • void kobject_init(struct kobject *kobj);
        • int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, …);
        • ktype、kset和parent
      • 对引用计数的操作
        • struct kobject *kobjct_get(struct kobject *kobj);
        • void kobject_put(struct kobject *kobj);
      • release函数和kobject类型
        • void my_object_readse(struct kobject *kobj)
          • struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj);
          • kfree(mine);
        • struct kobj_type
          • void (*release) (struct kobject *);
          • struct sysfs_ops *sysfs_ops;
          • struct attribute **default_attrs;
        • struct kobj_type *get_ktype(struct kobject *kobj);
    • kobject层次结构、kset和子系统
      • 内核用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系,有两种独立的机制用于连接:parent指针和kset
      • 在kobject结构的parent成员中,保存了另外一个kobject结构的指针。这个结构表示了分层结构中上一层的节点
      • kset
        • 一个kset是嵌入同样类型结构的kobject的集合
        • kset结构关心提对象的聚焦与集合
        • 能够觉得kset是kobject的顶层容器类
        • kset总是在sysfs中出现
        • 先把kobject的kset成员指向目的kset。然后使用以下函数加入kobject
        • int kobject_add(struct kobject *kobj);
        • extern int kobject_register(struct kobject *kobj);
          • kobject_init和kobject_add的简单组合
        • void kobject_del(struct kobject *kobj);
        • kset在一个标准的内核链表中保存了它的子节点
      • kset上的操作
        • void kset_init(struct kset *kset);
        • int kset_add(struct kset *kset);
        • int kset_register(struct kset *kset);
        • void kset_unregister(struct kset *kset);
      • 子系统
        • 子系统通常显示在sysfs分层结构中的顶层
        • 内核中的子系统
          • block_subsys(对块设备来说是/sys/block)
          • devices_subsys(/sys/devices。设备分层结构的核心)
          • 内核所知晓的用于各种总线的特定子系统
          • decl_subsys(name, struct kobj_type *type, struct kset_hotplug_ops *hotplug_ops);
          • void subsysstem_init(struct subsystem *subsys);
          • int subsystem_register(struct subsystem *subsys);
          • void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);
          • struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys);
          • void subsys_put(struct subsystem *subsys);
  • 低层sysfs操作
    • kobject是隐藏在sysfs虚拟文件系统后的机制。对于sysfs中的每一个文件夹,内核中都会存在一个相应的kobject
    • <linux/sysfs.h>
    • sysfs入口
      • kobject在sysfs中的入口始终是一个文件夹
      • 分配阀给kobject的名字是sysfs中的文件夹名
      • sysfs入口在文件夹中的位置相应于kobject的parent指针
    • 默认属性
      • kobject默认属性保存在kobj_type结构中
      • default_attrs成员保存了属性列表
      • sysfs_ops提供了实现这些属性的方法
      • struct attribute
        • char *name
        • struct module *owner
        • mode_t mode
          • 仅仅读:S_IRUGO
          • 可写:S_IWUSR
          • <linux/stat.h>
      • struct sysfs_ops
        • ssize_t (*show) (struct kobject * kobj, struct attribute *attr, char *buffer);
        • ssize_t (*store) (struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buffer, size_t size);
    • 非默认属性
      • int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
      • int sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
    • 二进制属性
      • struct bin_attribute
        • struct attribute attr;
        • size_t size;
        • ssize_t (*read) (struct kobject *kobj, char *buffer, loff_t pos, size_t size);
        • ssize_t (*write) (struct kobject *kobj, char *buffer, loff_t pos, size_t size);
      • int sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr);
      • int sysfs_remove_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr);
    • 符号链接
      • int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target, char *name);
      • void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name);
  • 热插拔事件的产生
    • 一个热插拔事件是从内核空间发送到用户空间的通知。它表明系统配置出现了变化
    • 不管kobject被创建还是被删除,都会产生这样的事件
    • 热插拔操作
      • struct kset_hotplug_ops
        • int (*filter) (struct kset *kset, struct kobject *kobj);
        • char * (*name) (struct kset *kset, struct kobject *kobj);
        • int (*hotplug) (struct kset *kset, struct kobject *kobj, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
      • 当内核要为指定的kobject产生事件时,都要调用filter函数。假设返回0,将不产生事件
  • 总线、设备和驱动程序
    • 总线
      • 总线是处理器与一个或者多个设备之间的通道
      • <linux/device.h>
        • struct bus_type
          • char *name;
          • struct subsystem subsys;
          • struct kset drivers;
          • struct kset devices;
          • int (*match) (struct device *dev, struct device_driver *drv);
          • struct device *(*add) (struct device *parent, char *bus_id);
          • int (*hotplug) (struct device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
      • 每一个总线都有自己的子系统
      • 一个总线包括两个kset。分别代表了总线的驱动程序和插入总线的全部设备
      • 总线的注冊
        • example
          • struct bus_type ldd_bus_type = {.name=”ldd”, .match=ldd_match, .hotplug=ldd_hotplug,};
          • ret = bus_register(&ldd_bus_type);
          • if (res) return ret;
        • void bus_unregister(struct bus_type *bus);
      • 总线方法
        • 当一个总线上的新设备或者新驱动程序被加入时,会一次或多次调用match函数
        • 在为用户空间产生热插拔事件前,hotplug方法同意总线加入环境变量
        • 在调用真实的硬件时,match函数通常对设备提供的硬件ID和驱动所支持的ID做某种类型的比較
      • 对设备和驱动程序的迭代
        • int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data, int (*fn) (struct device *, void *));
        • int bus_for_each_drv(struct bus_type *bus, struct device_driver *start, void *data, int (*fn)(struct device_driver *, void *));
      • 总线属性
        • <linux/device.h>
          • 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);
        • BUS_ATTR(name, mode, show, store);
        • int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);
        • void bus_remove_file(struct bus_tyep *bus, struct bus_attribute *attr);
    • 设备
      • struct device
        • struct device *parent;
        • struct kobject kobj;
        • char bus_id[BUS_ID_SIZE];
        • struct bus_type *bus;
        • struct device_driver *driver;
        • void *driver_data
        • void (*release) (struct device *dev);
      • 设备注冊
        • int device_register(struct device *dev);
        • void device_unregister(struct device *dev);
      • 设备属性
        • struct device_attribute
          • struct attribute attr;
          • ssize_t (*show) (struct device *dev, char *buf);
          • ssize_t (*store) (struct device *dev, const char *buf, size_t count);
        • DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
        • int device_create_file(struct device *device, struct device_attribute *entry);
        • void device_remove_file(struct device *dev, struct device_attribute *attr);
      • 设备结构的嵌入
        • device结构中包括了设备模型核心用来模拟系统的信息
        • 通常,底层驱动程序并不知道device结构
    • 设备驱动程序
      • struct device_driver
        • char *name;
        • struct bus_type *bus;
        • struct kobject kobj;
        • struct list_head devices;
        • int (*probe) (struct device *dev);
        • int (*remove) (struct device *dev);
        • void (*shutdown) (struct device *dev);
      • probe是用来查询特定设备是否存在的函数
      • 当设备从系统中删除的时候要调用remove函数
      • 在关机的时候调用shutdown函数关闭设备
      • 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 *drv, char *buf);
        • ssize_t (*store) (struct device_driver *drv, 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);
      • 驱动程序结构的嵌入
        • device_driver结构通常被包括在高层和总结相关的结构中
    • 类是一个设备的高层视图,它抽象出了低层的实现细节
    • 差点儿全部类都显示在/sys/class文件夹中
      • /sys/class/net
      • /sys/class/input
      • /sys/class/tty
      • /sys/block
    • class_simple接口
      • 创建类本身
        • struct class_simple *class_simple_create(struct module *owner, char *name);
      • 销毁一个简单类
        • void class_simple_destroy(struct class_simple *cs);
      • 为一个简单类加入设备
        • struct class_device *class_simple_device_add(struct class_simple *cs, dev_t devnum, struct device *device, const char *fmt, …);
      • int class_simple_set_hotplug(struct class_simple *cs, int (*hotplug) (struct class_device *dev, char **envp, int num_envp, crah *buffer, int buffer_size));
      • void class_simple_device_remove(dev_t dev);
    • 完整的类接口
      • 管理类
        • struct class
          • char *name;
          • struct class_attribute *class_attrs;
          • struct class_device_attribute *class_dev_attrs;
          • int (*hotplug) (struct class_device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
          • void (*release) (struct class_device *dev);
          • void (*class_release) (struct class *class);
        • int class_register(struct class *cls);
        • void class_unregister(struct class *cls);
        • struct class_attribute
          • struct attribute attr;
          • ssize_t (*show) (struct class *cls, char *buf);
          • ssize (*store) (struct class *cls, const char *buf, size_t count);
        • CLASS_ATTR(name, mode, show, store);
        • int class_create_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);
        • void class_remove_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);
      • 类设备
        • strict class_device
          • struct kobject kobj;
          • struct class *class;
          • struct device *dev;
          • void *class_data;
          • char class_id[BUS_ID_SIZE];
        • int class_device_register(struct class_device *cd);
        • void class_device_unregister(struct class_device *cd);
        • int class_device_renmae(struct class_device *cd, char *new_name);
        • struct class_device_attribute
          • struct attribute attr;
          • ssize_t (*show) (struct class_device *cls, char *buf);
          • ssize_t (*store) (struct class_device *cls, const char *buf, size_t count);
        • CLASS_DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
        • int class_deivce_create_file(struct class_device *cls, const struct class_device_attribute *attr);
        • void class_device_remove_file(struct class_device *cls, const struct class_device_attribute *attr);
      • 类接口
        • struct class_interface
          • struct class *class;
          • int (*add) (struct class_device *cd);
          • void (*remove) (struct class_device *cd);
        • int class_interface_register(struct class_interface *intf);
        • void class_interface_unregister(struct class_interface *intf);
  • 各环节的整合
    • 加入一个设备
      • PCI子系统声明了一个bus_type结构,称为pci_bus_type
        • struct bus_type pci_bus_type
          • .name = “pci”,
          • .match = pci_bus_match,
          • .hotplug = pci_hotplug,
          • .suspend = pci_device_suspend,
          • .resume = pci_device_resume,
          • .dev_attrs = pci_dev_attrs,
      • 注冊后,将会创建一个sysfs文件夹/sys/bus/pci,当中包括了两个文件夹:devices和drivers
      • 全部的PCI驱动程序都必须定义一个pci_driver结构变量。这个结构中包括了一个device_driver结构,在注冊PCI驱动程序时,这个结构将被初始化
        • drv->driver.name = drv->name;
        • drv->driver.bus = &pci_bus_type;
        • drv->driver.probe = pci_device_probe;
        • drv->driver.remove = pci_device_remove;
        • drv->driver.kobj.ktype = &pci_deiver_kobj_type;
        • error = driver_register(&drv->driver);
      • 当一个PCI设备被找到时,PCI核心在内存中创建一个pci_dev类型的结构变量
        • struct pci_dev
          • unsigned int devfn;
          • unsigned short vendor;
          • unsigned short device;
          • unsigned short subsystem_vendor;
          • unsigned short subsystem_device;
          • unsigned int class;
          • struct pci_driver *driver;
          • struct device dev;
        • 初始化时,device结构变量的parent变量被设置为PCI设备所在的总线设备
      • device_register(&dev->dev);
      • device_register函数中。驱动程序核心向kobject核心注冊设备的kobject
      • 接着设备将被加入到与总线相关的全部设备链表中,遍历这个链表,而且为每一个驱动程序调用该总线的match函数,同一时候指定该设备
      • 假设匹配工作圆满完毕,函数向驱动程序核心返回1。驱动程序核心将device结构中的driver指针指向这个驱动程序,然后调用device_driver结构中指定的probe函数
    • 删除设备
      • 调用pci_remove_bus_device函数
      • 该函数做些PCI相关的清理工作,然后使用指向pci_dev中的device结构的指针。调用device_unregister函数
      • device_unregister函数中。驱动程序核心仅仅是删除了从绑定设备的驱动程序到sysfs文件的符号链接,从内部设备链表中删除了该设备,而且以device结构中的kobject结构指针为參数,调用kobject_del函数
      • kobject_del函数删除了设备的kobject引用,假设该引用是最后一个,就要调用该PCI设备的release函数
    • 加入驱动程序
      • 调用pci_register_driver函数时,一个PCI驱动程序被加入到PCI核心中
      • 该函数仅仅是初始化了包括在pci_driver结构中的device_driver结构
      • PCI核心用包括在pci_driver结构的device_driver结构指针作为參数。在驱动程序核心内调用driver_register函数
      • driver_reigster函数初始化了几个device_driver中的锁。然后调用bus_add_driver函数,该函数按下面步骤操作
        • 查找与驱动程序相关的总线
        • 依据驱动程序的名字以及相关的总线。创建驱动程序的sysfs文件夹
        • 获取总线内部的锁,接着遍历全部向总线注冊的设备。为这些设备调用match函数
    • 删除驱动程序
      • 调用pci_unregister_driver函数
      • 该函数用包括在pci_driver结构中的device_driver结构作为參数。调用驱动程序核心函数driver_unregister
      • driver_unregister函数清除在sysfs树中属于驱动程序的sysfs属性
      • 遍历全部属于该驱动程序的设备,并为其调用release函数
  • 处理固件
    • 将固件代码放入驱动程序会使驱动程序代码膨胀,使得固件升级困难,并easy导致许可证问题
    • 不要把包括固件的驱动程序放入内核。或者包括在Linux发行版中
    • 内核固件接口
      • <linux/firmware.h>
        • int request_firmware(const struct firmware **fw, char *name, struct device *device);
        • struct firmware
          • size_t size;
          • u8 *data;
        • void release_firmware(struct firmware *fw);
        • int request_firmware_nowait(struct module *module, char *name, struct device *device, void *context, void (*cont)(const struct firmware *fw, void *context));
    • 工作原理
      • 固件子系统使用sysfs和热插拔机制工作
      • 调用request_firmware时,在/sys/class/firmware下将创建一个文件夹。该文件夹使用设备名作为它的文件夹名。该文件夹包括三个属性
        • loading
          • 由负责装载固件的用户空间进程设置为1
        • data
          • 是一个二进制属性,用来接收固件数据
        • device
          • 该属性是到/sys/devices下对应入口的符号链接
      • 一旦sysfs入口被创建,内核将为设备产生热插拔事件,传递给热插拔处理程序的环境包含一个FIRMWARE变量。它将设置为提供给request_firmware的名字
      • 处理程序定位固件文件。使用所提供的属性把固件文件复制到内核,假设不能发现固件文件,处理程序将设置loading属性为-1
      • 假设在10秒钟之内不能为固件的请求提供服务。内核将放弃努力并向驱动程序返回错误状态,这个超时值能够通过改动sysfs属性/sys/class/firmware/timeout来改变
      • 不能在没有制造商许可的情况下发行设固件准备

版权声明:本文博客原创文章,博客,未经同意,不得转载。