Linux設(shè)備模型_platform設(shè)備

1. 前言

在Linux設(shè)備模型的抽象中，存在著一類稱作“Platform Device”的設(shè)備，內(nèi)核是這樣描述它們的（Documentation/driver-model/platform.txt）：

Platform devices are devices that typically appear as autonomous entities in the system. This includes legacy port-based devices and host bridges to peripheral buses, and most controllers integrated into system-on-chip platforms.? What they usually have in common is direct addressing from a CPU bus.? Rarely, a platform_device will be connected through a segment of some other kind of bus; but its registers will still be directly addressable.

概括來說，Platform設(shè)備包括：基于端口的設(shè)備（已不推薦使用，保留下來只為兼容舊設(shè)備，legacy）；連接物理總線的橋設(shè)備；集成在SOC平臺上面的控制器；連接在其它bus上的設(shè)備（很少見）。等等。

這些設(shè)備有一個基本的特征：可以通過CPU bus直接尋址（例如在嵌入式系統(tǒng)常見的“寄存器”）。因此，由于這個共性，內(nèi)核在設(shè)備模型的基礎(chǔ)上（device和device_driver），對這些設(shè)備進行了更進一步的封裝，抽象出paltform bus、platform device和platform driver，以便驅(qū)動開發(fā)人員可以方便的開發(fā)這類設(shè)備的驅(qū)動。

可以說，paltform設(shè)備對Linux驅(qū)動工程師是非常重要的，因為我們編寫的大多數(shù)設(shè)備驅(qū)動，都是為了驅(qū)動plaftom設(shè)備。本文我們就來看看Platform設(shè)備在內(nèi)核中的實現(xiàn)。

2. Platform模塊的軟件架構(gòu)

內(nèi)核中Platform設(shè)備有關(guān)的實現(xiàn)位于include/linux/platform_device.h和drivers/base/platform.c兩個文件中，它的軟件架構(gòu)如下：

由圖片可知，Platform設(shè)備在內(nèi)核中的實現(xiàn)主要包括三個部分：

Platform Bus，基于底層bus模塊，抽象出一個虛擬的Platform bus，用于掛載Platform設(shè)備；?
Platform Device，基于底層device模塊，抽象出Platform Device，用于表示Platform設(shè)備；?
Platform Driver，基于底層device_driver模塊，抽象出Platform Driver，用于驅(qū)動Platform設(shè)備。

其中Platform Device和Platform Driver會會其它Driver提供封裝好的API，具體可參考后面的描述。

3. Platform模塊向其它模塊提供的API匯整

Platform提供的接口包括：Platform Device和Platform Driver兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及它們的操作函數(shù)。

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1. 用于抽象Platform設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----“struct platform_device”：

1: /* include/linux/platform_device.h, line 22 */

2: struct platform_device {

3: const char *name;

4: int id;

5: bool id_auto;

6: struct device dev;

7: u32 num_resources;

8: struct resource *resource;

9:

10: const struct platform_device_id *id_entry;

11:

12: /* MFD cell pointer */

13: struct mfd_cell *mfd_cell;

14:

15: /* arch specific additions */

16: struct pdev_archdata archdata;

17: };

該結(jié)構(gòu)的解釋如下：

dev，真正的設(shè)備（Platform設(shè)備只是一個特殊的設(shè)備，因此其核心邏輯還是由底層的模塊實現(xiàn)）。

name，設(shè)備的名稱，和struct device結(jié)構(gòu)中的init_name（"Linux設(shè)備模型(5)_device和device driver”）意義相同。實際上，該名稱在設(shè)備注冊時，會拷貝到dev.init_name中。

id，用于標識該設(shè)備的ID。?
在“Linux設(shè)備模型(6)_Bus”中有提過，內(nèi)核允許存在多個名稱相同的設(shè)備。而設(shè)備驅(qū)動的probe，依賴于名稱，Linux采取的策略是：在bus的設(shè)備鏈表中查找device，和對應(yīng)的device_driver比對name，如果相同，則查看該設(shè)備是否已經(jīng)綁定了driver（查看其dev->driver指針是否為空），如果已綁定，則不會執(zhí)行probe動作，如果沒有綁定，則以該device的指針為參數(shù)，調(diào)用driver的probe接口。?
因此，在driver的probe接口中，通過判斷設(shè)備的ID，可以知道此次驅(qū)動的設(shè)備是哪個。

id_auto，指示在注冊設(shè)備時，是否自動賦予ID值（不需要人為指定啦，可以懶一點啦）。

num_resources、resource，該設(shè)備的資源描述，由struct resource（include/linux/ioport.h）結(jié)構(gòu)抽象。?
在Linux中，系統(tǒng)資源包括I/O、Memory、Register、IRQ、DMA、Bus等多種類型。這些資源大多具有獨占性，不允許多個設(shè)備同時使用，因此Linux內(nèi)核提供了一些API，用于分配、管理這些資源。?
當某個設(shè)備需要使用某些資源時，只需利用struct resource組織這些資源（如名稱、類型、起始、結(jié)束地址等），并保存在該設(shè)備的resource指針中即可。然后在設(shè)備probe時，設(shè)備需求會調(diào)用資源管理接口，分配、使用這些資源。而內(nèi)核的資源管理邏輯，可以判斷這些資源是否已被使用、是否可被使用等等。

id_entry，和內(nèi)核模塊相關(guān)的內(nèi)容，暫不說明。

mfd_cell，和MFD設(shè)備相關(guān)的內(nèi)容，暫不說明。

archdata，一個奇葩的存在！！它的目的是為了保存一些architecture相關(guān)的數(shù)據(jù)，去看看arch/arm/include/asm/device.h中struct pdev_archdata結(jié)構(gòu)的定義，就知道這種放縱的設(shè)計有多么垃圾了。不管它了！！??

2. 用于抽象Platform設(shè)備驅(qū)動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----“struct platform_driver”：

1: /* include/linux/platform_device.h, line 173 */

2: struct platform_driver {

3: int (*probe)(struct platform_device *);

4: int (*remove)(struct platform_device *);

5: void (*shutdown)(struct platform_device *);

6: int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);

7: int (*resume)(struct platform_device *);

8: struct device_driver driver;

9: const struct platform_device_id *id_table;

10: };

struct platform_driver結(jié)構(gòu)和struct device_driver非常類似，無非就是提供probe、remove、suspend、resume等回調(diào)函數(shù)，這里不再細說。

另外這里有一個id_table的指針，該指針和"Linux設(shè)備模型(5)_device和device driver”所描述的of_match_table、acpi_match_table的功能類似：提供其它方式的設(shè)備probe。?
我們在"Linux設(shè)備模型(5)_device和device driver”講過，內(nèi)核會在合適的時機檢查device和device_driver的名字，如果匹配，則執(zhí)行probe。其實除了名稱之外，還有一些寬泛的匹配方式，例如這里提到的各種match table，具體原理就先不羅嗦了，徒添煩惱！就當沒看見，呵呵。?

3.2 Platform Device提供的API

Platform Device主要提供設(shè)備的分配、注冊等接口，供其它driver使用，具體包括：

1: /* include/linux/platform_device.h */

2: extern int platform_device_register(struct platform_device *);

3: extern void platform_device_unregister(struct platform_device *);

4:

5: extern void arch_setup_pdev_archdata(struct platform_device *);

6: extern struct resource *platform_get_resource(struct platform_device *,

7: unsigned int, unsigned int);

8: extern int platform_get_irq(struct platform_device *, unsigned int);

9: extern struct resource *platform_get_resource_byname(struct platform_device *,

10: unsigned int,

11: const char *);

12: extern int platform_get_irq_byname(struct platform_device *, const char *);

13: extern int platform_add_devices(struct platform_device **, int);

14:

15: extern struct platform_device *platform_device_register_full(

16: const struct platform_device_info *pdevinfo);

17:

18: static inline struct platform_device *platform_device_register_resndata(

19: struct device *parent, const char *name, int id,

20: const struct resource *res, unsigned int num,

21: const void *data, size_t size)

22:

23: static inline struct platform_device *platform_device_register_simple(

24: const char *name, int id,

25: const struct resource *res, unsigned int num)

26:

27: static inline struct platform_device *platform_device_register_data(

28: struct device *parent, const char *name, int id,

29: const void *data, size_t size)

30:

31: extern struct platform_device *platform_device_alloc(const char *name, int id);

32: extern int platform_device_add_resources(struct platform_device *pdev,

33: const struct resource *res,

34: unsigned int num);

35: extern int platform_device_add_data(struct platform_device *pdev,

36: const void *data, size_t size);

37: extern int platform_device_add(struct platform_device *pdev);

38: extern void platform_device_del(struct platform_device *pdev);

39: extern void platform_device_put(struct platform_device *pdev);

platform_device_register、platform_device_unregister，Platform設(shè)備的注冊/注銷接口，和底層的device_register等接口類似。

arch_setup_pdev_archdata，設(shè)置platform_device變量中的archdata指針。

platform_get_resource、platform_get_irq、platform_get_resource_byname、platform_get_irq_byname，通過這些接口，可以獲取platform_device變量中的resource信息，以及直接獲取IRQ的number等等。

platform_device_register_full、platform_device_register_resndata、platform_device_register_simple、platform_device_register_data，其它形式的設(shè)備注冊。調(diào)用者只需要提供一些必要的信息，如name、ID、resource等，Platform模塊就會自動分配一個struct platform_device變量，填充內(nèi)容后，注冊到內(nèi)核中。

platform_device_alloc，以name和id為參數(shù)，動態(tài)分配一個struct platform_device變量。

platform_device_add_resources，向platform device中增加資源描述。

platform_device_add_data，向platform device中添加自定義的數(shù)據(jù)（保存在pdev->dev.platform_data指針中）。

platform_device_add、platform_device_del、platform_device_put，其它操作接口。

3.3 Platform Driver提供的API

Platform Driver提供struct platform_driver的分配、注冊等功能，具體如下：

1: /* include/linux/platform_device.h */

2:

3: extern int platform_driver_register(struct platform_driver *);

4: extern void platform_driver_unregister(struct platform_driver *);

5:

6: /* non-hotpluggable platform devices may use this so that probe() and

7: * its support may live in __init sections, conserving runtime memory.

8: */

9: extern int platform_driver_probe(struct platform_driver *driver,

10: int (*probe)(struct platform_device *));

11:

12: static inline void *platform_get_drvdata(const struct platform_device *pdev)

13:

14: static inline void platform_set_drvdata(struct platform_device *pdev,

15: void *data)

platform_driver_registe、platform_driver_unregister，platform driver的注冊、注銷接口。

platform_driver_probe，主動執(zhí)行probe動作。

platform_set_drvdata、platform_get_drvdata，設(shè)置或者獲取driver保存在device變量中的私有數(shù)據(jù)。

3.4 懶人API

又是注冊platform device，又是注冊platform driver，看著挺啰嗦的。不過內(nèi)核想到了這點，所以提供一個懶人API，可以同時注冊platform driver，并分配一個platform device：

1: extern struct platform_device *platform_create_bundle(

2: struct platform_driver *driver, int (*probe)(struct platform_device *),

3: struct resource *res, unsigned int n_res,

4: const void *data, size_t size);

只要提供一個platform_driver（要把driver的probe接口顯式的傳入），并告知該設(shè)備占用的資源信息，platform模塊就會幫忙分配資源，并執(zhí)行probe操作。對于那些不需要熱拔插的設(shè)備來說，這種方式是最省事的了。??

3.5 Early platform device/driver

內(nèi)核啟動時，要完成一定的初始化操作之后，才會處理device和driver的注冊及probe，因此在這之前，常規(guī)的platform設(shè)備是無法使用的。但是在Linux中，有些設(shè)備需要盡早使用（如在啟動過程中充當console輸出的serial設(shè)備），所以platform模塊提供了一種稱作Early platform device/driver的機制，允許驅(qū)動開發(fā)人員，在開發(fā)驅(qū)動時，向內(nèi)核注冊可在內(nèi)核早期啟動過程中使用的driver。這些機制提供了如下接口：

1: extern int early_platform_driver_register(struct early_platform_driver *epdrv,

2: char *buf);

3: extern void early_platform_add_devices(struct platform_device **devs, int num);

4:

5: static inline int is_early_platform_device(struct platform_device *pdev)

6: {

7: return !pdev->dev.driver;

8: }

9:

10: extern void early_platform_driver_register_all(char *class_str);

11: extern int early_platform_driver_probe(char *class_str,

12: int nr_probe, int user_only);

13: extern void early_platform_cleanup(void);

early_platform_driver_register，注冊一個用于Early device的driver。

early_platform_add_devices，添加一個Early device。

is_early_platform_device，判斷指定的device是否是Early device。

early_platform_driver_register_all，將指定class的所有driver注冊為Early device driver。

early_platform_driver_probe，probe指定class的Early device。

early_platform_cleanup，清除所有的Early device/driver。

4. Platform模塊的內(nèi)部動作解析

4.1 Platform模塊的初始化

Platform模塊的初始化是由drivers/base/platform.c中platform_bus_init接口完成的，該接口的實現(xiàn)和動作如下：

1: int __init platform_bus_init(void)

2: {

3: int error;

4:

5: early_platform_cleanup();

6:

7: error = device_register(&platform_bus);

8: if (error)

9: return error;

10: error = bus_register(&platform_bus_type);

11: if (error)

12: device_unregister(&platform_bus);

13: return error;

14: }

early_platform_cleanup，清除所有和Early device/driver相關(guān)的代碼。因為執(zhí)行到這里的時候，證明系統(tǒng)已經(jīng)完成了Early階段的啟動，轉(zhuǎn)而進行正常的設(shè)備初始化、啟動操作，所以不再需要Early Platform相關(guān)的東西。

device_register，注冊一個名稱為platform_bus的設(shè)備，該設(shè)備的定義非常簡單，只包含init_name（為“platform”）。該步驟會在sysfs中創(chuàng)建“/sys/devices/platform/”目錄，所有的Platform設(shè)備，都會包含在此目錄下。

bus_register，注冊一個名稱為platform_bus_type的bus，該bus的定義如下：?
struct bus_type platform_bus_type = {?
??????? .name?????????? = "platform",?
??????? .dev_attrs????? = platform_dev_attrs,?
??????? .match????????? = platform_match,?
??????? .uevent???????? = platform_uevent,?
??????? .pm???????????? = &platform_dev_pm_ops,?
};?
該步驟會在sysfs中創(chuàng)建“/sys/bus/platform/”目錄，同時，結(jié)合“Linux設(shè)備模型(6)_Bus”的描述，會在“/sys/bus/platform/”目錄下，創(chuàng)建uevent attribute（/sys/bus/platform/uevent）、devices目錄、drivers目錄、drivers_probe和drivers_autoprobe兩個attribute（/sys/bus/platform/drivers_probe和/sys/bus/platform/drivers_autoprobe）。

4.2 platform device和platform driver的注冊

結(jié)合第3章的描述，platform device和platform driver的注冊，由platform_device_add和platform_driver_register兩個接口實際實現(xiàn)。其內(nèi)部動作分別如下。

platform_device_add的內(nèi)部動作：

如果該設(shè)備沒有指定父設(shè)備，將其父設(shè)備設(shè)置為platform_bus，即“/sys/devices/platform/”所代表的設(shè)備，這時該設(shè)備的sysfs目錄即為“/sys/devices/platform/xxx_device”。

將該設(shè)備的bus指定為platform_bus_type（pdev->dev.bus = &platform_bus_type）。

根據(jù)設(shè)備的ID，修改或者設(shè)置設(shè)備的名稱。對于多個同名的設(shè)備，可以使用ID區(qū)分，在這里將實際名稱修改為“name.id”的形式。

調(diào)用resource模塊的insert_resource接口，將該設(shè)備需要使用的resource統(tǒng)一管理起來（我們知道，在這之前，只是聲明了本設(shè)備需要使用哪些resource，但resource模塊并不知情，也就無從管理，因此需要告知）。

調(diào)用device_add接口，將內(nèi)嵌的struct device變量添加到內(nèi)核中。

platform_driver_register的內(nèi)部動作：

將該driver的bus指定為platform_bus_type（drv->driver.bus = &platform_bus_type）。

如果該platform driver提供了probe、remove、shutdown等回調(diào)函數(shù)，將該它內(nèi)嵌的struct driver變量的probe、remove、shutdown等指針，設(shè)置為platform模塊提供函數(shù)，包括platform_drv_probe、platform_drv_remove和platform_drv_shutdown。因為probe等動作會從struct driver變量開始，經(jīng)過platform_drv_xxx等接口的轉(zhuǎn)接，就可以到達platform diver自身的回調(diào)函數(shù)中。

調(diào)用driver_register接口，將內(nèi)嵌的struct driver變量添加到內(nèi)核中。

4.3 platform設(shè)備的probe

我們在“Linux設(shè)備模型(6)_Bus”中講過，設(shè)備的probe，都發(fā)生在向指定的bus添加device或者device_driver時，由bus模塊的bus_probe_device，或者device_driver模塊driver_attach接口觸發(fā)。這里就不再詳細描述了。

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