linux驱动入门实验班——平台总线设备驱动模型和设备树

时间：2025-04-06 18:31:51

目录

前言

什么是总线设备驱动模型

一、重要结构体

二、设备树语法

二、编程思路

1.platform_driver结构体

三、使用设备树

1.步进电机

2.红外遥控

四、代码示例

前言

在这里主要记录学习韦东山老师Linux驱动人入门实验班的笔记，韦东山老师的驱动课程讲的非常好，想要学习驱动的小伙伴可以去b站学习他的课程。

什么是总线设备驱动模型

在 Linux 中，总线、设备和驱动模型（Bus-Device-Driver model）是一种用于管理设备和驱动程序的架构设计。

一、总线（Bus）

总线是连接设备和驱动的一种抽象概念。它代表了一种通信通道或机制，用于在不同的硬件组件之间传输数据和控制信号。Linux 内核中有多种类型的总线，例如 PCI 总线、USB 总线、I2C 总线等。

总线的主要作用包括：

  1. 发现设备：总线负责检测连接到其上的设备，并向内核报告设备的存在。
  2. 匹配设备和驱动：总线根据设备和驱动的特定属性，尝试将设备与合适的驱动程序进行匹配。

二、设备（Device）

设备在 Linux 中表示具体的硬件实体。每个设备都有一组特定的属性和功能，例如设备类型、设备编号、设备的硬件地址等。

设备对象通常包含以下信息：

  1. 设备名称：用于标识设备的字符串。
  2. 设备属性：描述设备特性的各种参数，如设备的厂商信息、设备型号等。
  3. 设备操作函数指针：指向一组用于操作设备的函数，这些函数实现了设备的具体功能，如读、写、控制等操作。

三、驱动（Driver）

驱动程序是用于控制特定类型设备的软件模块。它实现了与设备通信和操作设备的功能。

驱动对象通常包含以下内容：

  1. 驱动名称：用于标识驱动程序的字符串。
  2. 设备支持列表：驱动程序可以支持的设备类型列表。
  3. 驱动操作函数指针：指向一组用于操作设备的函数，这些函数与设备对象中的操作函数指针相对应，实现了对设备的具体控制操作。

四、工作原理

当系统启动或设备插入时，总线会检测到新设备的存在，并收集设备的信息。然后，总线会遍历已注册的驱动程序列表，尝试将设备与合适的驱动进行匹配。匹配通常基于设备和驱动的特定属性，如设备的类型、厂商 ID、设备 ID 等。

如果找到匹配的驱动程序，内核会将设备和驱动进行关联，并调用驱动程序中的初始化函数来完成设备的初始化和配置。此后，当应用程序需要对设备进行操作时，通过系统调用进入内核空间，内核会调用相应驱动程序中的操作函数来实现对设备的读、写、控制等操作。

一、重要结构体

platfrom_driver结构体：

platform_driver 结构体是在 Linux 内核中定义的一个结构体，用于在驱动程序中注册和管理平台设备驱动。它包含以下字段：

  1. struct device_driver driver：指向 struct device_driver 结构体的指针，表示该平台驱动程序所属的设备驱动。

  2. const struct platform_device_id *id_table：一个指向 struct platform_device_id 结构体数组的指针，用于匹配与该平台驱动程序相匹配的设备。

  3. int (*probe)(struct platform_device *pdev)：一个函数指针，指向设备的探测函数，用于在设备被注册到系统后执行特定的操作。

  4. int (*remove)(struct platform_device *pdev)：一个函数指针，指向设备的移除函数，用于在设备被注销时执行特定的操作。

  5. void (*shutdown)(struct platform_device *pdev)：一个函数指针，指向设备的关机函数，用于在系统关机时执行特定的操作。

  6. struct device_driver driver：用于表示该平台驱动程序的设备驱动。

  7. struct list_head driver_entry：用于将平台驱动程序添加到全局驱动程序链表中的链表节点。

二、设备树语法

二、编程思路

在原来第一个模板的基础上

1.platform_driver结构体

还需要构造platform_driver结构体和of_device_id结构体

static struct platform_driver gpio_platfrom_drive = {
	.driver = {
		.name = "100ask_gpio_plat_drv",
		.of_match_table = gpio_dt_ids,
	},
	.probe = gpio_drv_probe,
	.remove = gpio_drv_remove,
};
struct of_device_id { char name[32]; char type[32]; char compatible[128]; const void *data; };

在Linux内核中，of_device_id结构体用于存储设备树绑定信息，用于设备与驱动程序之间的匹配。它包含以下字段：

name：设备树绑定的名称。
type：设备树绑定的类型。
compatible：设备树绑定的兼容字符串，用于指定设备与驱动程序之间的兼容关系。
data：指向附加数据的指针，可以在设备树绑定中使用。

gpio_drv_probe和gpio_drv_remove分别代替了原来init入口函数和exit出口函数的作用，而在原来的这两个函数中是注册和反注册platform_driver结构体。

使用的函数为：

platform_driver_register 是一个函数，用于注册平台设备驱动程序。它将驱动程序与平台设备进行绑定，使得驱动程序能够管理其对应的平台设备。

函数原型为：

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv);

参数说明：

drv：指向平台驱动程序的指针，其类型为 struct platform_driver。平台驱动程序是一个结构体，包含了驱动程序的各种回调函数和其他属性。定义了平台设备和驱动程序之间的关联关系。
返回值：

成功注册平台驱动程序时，返回 0；注册失败时，返回负数错误代码。
使用 platform_driver_register 函数可以将平台驱动程序注册到内核中，以便在加载平台设备时自动调用相应的驱动程序。注册平台驱动程序后，内核会通过设备树 (Device Tree) 或 ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) 系统启动方法来查找并匹配平台设备，并自动加载和绑定对应的驱动程序。

注册平台驱动程序时，需要确保驱动程序的结构体中的回调函数和其他属性正确设置，以便驱动程序能够正确地管理和操作平台设备。

static int gpio_drv_probe(struct platform_device *pdev)

  gpio_drv_probe中使用到的结构体：

struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
platform_device 结构体包含的重要成员包括：

name：设备的名称，用于唯一标识设备。
id：设备的 ID，用于区分同一类型的不同设备。
num_resources：设备所需的资源数量。
resource：用于描述设备的资源信息，如内存范围、中断、I/O 端口等。
dev：指向设备所属的 struct device 结构体的指针，用于与设备的核心操作进行交互。
pdata：设备特定的数据，用于向设备驱动程序传递设备特定的信息。
driver_data：指向设备驱动程序特定数据的指针，用于与设备驱动程序交互。
struct device_node {
    const char *name;   // 设备节点名称
    const char *type;   // 设备节点类型
    const char *fullname;   // 设备节点完整路径名称
    struct device_node *parent;   // 父设备节点
    struct device_node *child;   // 子设备节点
    struct device_node *sibling;   // 兄弟设备节点
    void *data;   // 设备节点特定数据
    // 其他成员...
};
struct resource {
    resource_size_t start;   // 资源起始地址
    resource_size_t end;   // 资源结束地址（包含）
    resource_size_t flags;   // 资源标志
    const char *name;   // 资源名称
    struct resource *parent;   // 父资源
    struct resource *sibling;   // 兄弟资源
    struct resource *child;   // 子资源
};

 gpio_drv_probe中使用到的函数：

  • of_gpio_count
of_gpio_count 是一个函数，用于获取设备的GPIO数量。它是在Device Tree中使用的，用于解析设备节点中定义的GPIO信息。

函数原型为：

int of_gpio_count(struct device_node *np);

参数说明：

struct device_node *np：指向设备节点的指针。
返回值：

返回设备节点中定义的GPIO数量。如果没有定义GPIO，则返回0。
使用 of_gpio_count 函数可以确定设备节点中定义的GPIO数量，从而在设备驱动程序中进行相应的GPIO初始化和管理操作。
  • kmalloc
kmalloc 是一个内核函数，用于动态分配内核空间的连续内存块。它可以用于分配任意大小的内存区域。

函数原型为：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);

参数说明：

size：要分配的内存块的大小，以字节为单位。
flags：分配内存的标志，用于指定分配内存的行为。
返回值：

返回指向分配的内存块的指针，如果分配失败，则返回NULL。
  •  platform_get_resource
platform_get_resource 是一个函数，用于获取给定平台设备的资源信息。它可以用于获取平台设备上的寄存器地址、中断号、IO地址等资源的信息。

函数原型为：

struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *dev, unsigned int type, unsigned int num);

参数说明：

dev：指向平台设备的指针。
type：要获取的资源类型，可以是 IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_IO 或 IORESOURCE_IRQ。这些类型定义在 include/linux/ 和 include/linux/ 头文件中。
num：要获取的资源号，资源号从 0 开始计数。
返回值：

返回指向资源的 struct resource 结构体指针，如果获取失败，则返回 NULL。
使用 platform_get_resource 函数可以获取平台设备上的资源信息。例如，可以使用它来获取平台设备上的寄存器地址，以便进行寄存器访问。需要注意的是，资源的类型和编号需要事先了解，以便正确地调用 platform_get_resource 函数。

三、使用设备树

1.步进电机

  • 修改设备树：arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull

添加节点： 

motor {
    compatible = "100ask,gpiodemo";
    gpios = <&gpio4 19 GPIO_ACTIVE_HIGH>, 
            <&gpio4 20 GPIO_ACTIVE_HIGH>,
            <&gpio4 21 GPIO_ACTIVE_HIGH>,
            <&gpio4 22 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

  • 编译：make dtbs

  • 复制到单板上

    ubuntu:

    cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull ~/nfs_rootfs/
    开发板:

    mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt
cp /mnt/100ask_imx6ull  /boot
reboot

  • 测试

    insmod gpio_drv.ko
./button_test /dev/motor ...

    2.红外遥控

  • 修改设备树：arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull

添加节点： 

irda {
    compatible = "100ask,gpiodemo";
    gpios = <&gpio4 19 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

  • 编译：make dtbs

  • 复制到单板上

    PC:
cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull ~/nfs_rootfs/
​
开发板:
mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs /mnt
cp /mnt/100ask_imx6ull  /boot
reboot

  • 测试

    insmod gpio_drv.ko
./button_test /dev/irda

四、代码示例

static int irda_drv_probe(struct platform_device *pdev)
{
	int err = 0;
	int i;
	struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
	struct resource *res;

	if (np)
	{
		count = of_gpio_count(np);
		if (!count)
		{
			return -EINVAL;
		}
		gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);
		for (i = 0; i < count; i++)
		{
			gpios[i].gpio = of_get_gpio(np, i);
			sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", np->name, i);
		}
	}
	else
	{
		count = 0;
		while (1)
		{
			res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, count);
			if (res)
			{
				count++;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}

		if(!count)
		{
			return -EINVAL;
		}

		gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);
		for (i = 0; i < count; i++)
		{
			res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, count);
			gpios[i].gpio = res->start;
			sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", pdev->name, i);
		}
	}

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		gpios[i].irq = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);
		setup_timer(&gpios[i].irda_timer, irda_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);
		err = request_irq(gpios[i].irq, irda_irq_handler, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING, gpios[i].name, &gpios[i]);
	}

	major = register_chrdev(0, "irda_drv", &irda_drv);
	irda_class = class_create(THIS_MODULE, "irda_class");
	device_create(irda_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "irda_drv");

	return err;
}

static int irda_drv_remove(struct platform_device *pdev)
{
	int i;
	device_destroy(irda_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(irda_class);
	unregister_chrdev(major, "irda_drv");

	for (i= 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
		del_timer(&gpios[i].irda_timer);
	}
	return 0;
}

static struct of_device_id irda_dt_ids[] = {
	{.compatible = "irda,demo",},
};

static struct platform_driver irda_platform_driver = {
	.driver = {
		.name = "irda_plat_drive",
		.of_match_table = irda_dt_ids,
	},
	.probe = irda_drv_probe,
	.remove = irda_drv_remove,
};

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