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Linux 设备驱动模型
Linux系统将设备和驱动归一到设备驱动模型中了来管理
设备驱动程序功能：
1，对硬件设备初始化和释放
2，对设备进行管理，包括实参设置，以及提供对设备的统一操作接口
3，读取应用程序传递给设备文件的数据或回送应用程序请求的数据
4，检测或处理设备出现的错误
设备驱动模型提供了硬件的抽象包括：
1，电源管理
其实，电源管理就是一些设备不工作的时候，让它歇一会，休眠一会（最低消耗），达到省电的目的
它的一个重要的功能是：
省电模式下，使系统中的设备以一定的先后顺序挂起
在全速工作模式下，使系统的设备以一定的先后顺序恢复运行
就是这个意思，一条总线上有n个设备，只用当n个设备都挂起的时候，那个总线才能挂起。但是，只要有一个设备恢复，总线就得恢复
2，即插即用设备支持
这个大家都深有体会，你把PS/2的鼠标，键盘拔出来，然后再插上去，看看是不是没反应了。但是把USB的鼠标键盘拔下来再插上去，可以继续用
这就是传说中的即插即用的支持
3，与用户空间的通信
和用户间通信的方式很多，以前大名鼎鼎的proc文件系统，就是一个鲜明的代表。它给了用户一双千里眼。但是proc还是被后来者sysfs文件系统给拿下了，从此改朝换代。
虽然proc依然在世，但是它的影响力已经下降。同时不得不说，proc得到过天下，肯定是有它的过人之处，那里sysfs可能会受挫。但是强者依然不是那么好动摇的
Linux设备驱动模型有几个基本数据结构模型：kobject，kset，subsystem
kobject：这是设备驱动模型的基础，就想是一座楼的地板砖和砖头。sysfs是它的子子孙孙，父父爷爷撑起来的
struct kobject
{
const char *name; //显示在sysfs中的名称
struct list_head entry; //下一个kobject结构
struct kobject *parent; //指向父kobject结构体，如果存在
struct kset *kset; //指向kset集合
struct kobj_type *ktype; //指向kobject类型描述符
struct sysfs_dirent *sd; //对应sysfs的文件目录
struct kref kref; //kobject引用计数
unsigned int state_initialized:1; //是否初始化
unsigned int state_in_sysfs:1; //是否加入sysfs
unsigned int state_add_uevent_sent:1; //是否支持热插
unsigned int state_remove_uevent_sent:1; //是否支持热拔
}
void kobject_init(struct kobject *kobj,struct kobj_type *ktype)
{
char * err_str;
if(!kobj)
{
err_str = "invalid kobject pointer!"
goto error;
}
if(!ktype)
{
err_str = "must have a ktype to be initialized properly!\n";
goto error;
}
if(kobj->state_initialized)
{
printk(KERN_ERR"kobject (%p): tried to init an initialized"
"object ,something is seriously wrong.\n",kobj);
dump_stack();
}
kobject_init_internal(kobj); //初始化kobject的内部成员
kobj->ktype = ktype ; //为kobject绑定一个ktype属性
return ;
error:
printk(KERN_ERR"kobject (%p) : %s\n",kobj,err_str);
dump_stack();
}
static void kobject_init_internal(struct koject *kobj)
{
if(!kobj)
return ;
kref_init(&kobj->kerf);
INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry);
kobj->state_in_sysfs = 0;
kobj->state_add_uevent_sent = 0;
kobj->state_remove_uevent_sent = 0;
kobj->state_initialized = 1;
}
内核接口:
kobject_init(); 始化kobject
kobject_get(); 增加kobject引用计数
kobject_put(); 减少kobject引用计数，计数为零时，调用kobject_release（）释放，它在kobj_type里面
kobject_set_name(); 设置名字
kobject_rename(); 重命名
kobject_add() 添加
每个kobject都会有一个属性kobj_type
struct kobj_type
{
void (*release)(struct kobject *kobj); //释放kobject和其他占用资源的函数
struct sysfs_ops *sysfs_ops; //操作属性的方法
struct attribute **default_attrs; //属性数组
};
struct attribute
{
const char *name; //属性的名称
struct module *owner; //只用拥有该属性的模块，已经不常使用
mode_t mode; //属性读写权限
};
struct sysfs_ops
{
ssize_t (*show)(struct kobject *,struct attribute *,char *); //读属性操作函数
ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *,size_t); //写属性操作函数
};
struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj)
{
if(kobj)
kref_get(&kobj->kerf);
return kobj;
}
void kobject_put(struct kobject *kobj)
{
if(kobj)
{
if(!kobj->state_initialized)
WARN(1,KERN_WARNING"kobject: ‘%s‘ (%p):is not initialized,yet kobject_put() is being called.\n",kobject_name(kobj),kobj);
kref_put(&kobj->kref,kobject_release);
}
}
通常kobject类型的default_attr成员定义了kobjet拥有的所有默认属性。但是特殊情况下，可以添加一些默认的属性：
添加属性文件：
int sysfs_create_file(struct kobject *kobj,const struct attribute *attr);
删除属性文件：
void sysfs_remove_file(struct kobject *kobj , const struct attribute *attr);
struct kset
{
struct list_head list; //连接所包含的kobject对象的链表首地址
spinlock_t list_lock; //维护list链表的自旋锁
struct kobject kobj; //内嵌kobject，说明kset本身也是一个目录
struct kset_uevent_ops *uevent_ops; //热插拔事件
};
struct kset_uevent_ops
{
int (*filter)(struct kset *kset,struct kobject *kobj);
const char *(*name)(struct kset *kset,struct kobject *kobj);
int (*uevent)(struct kset *kset,struct kobject *kobj,struct kobj_uevent_ent *env);
};
kset和kobject关系：
1,kset集合包含了属于其的kobject结构体，kset.list链表用来 连接第一个和最后一个kobject对象。第一个kobject使用entry连接kset集合和第二个kobject对象。第二个kobject对象使用entry连接第一个kobject对象和第三个kobject对象，依次类推，最终形成了一个kobject对象的链表
2，所有的kobject结构的parent指针指向kset包含的kobject对象，构成一个父子层次关系
3，kobject的所有kset指针指向包含它的kset集合，所以通过kobject对象很容易就能找到kset集合
4，kobject的kobj_type指针指向自身的kobj_type，每一个kobject都有一个单独的kobj_type结构。另外在kset集合中也有一个kobject结构体，该结构体的XXX也指向一个kobj_type结构体。可知，kobj_type中定义了一组属性和操作属性的方法。这里注意：kset中kobj_type的优先级要高于kobject对象中的kobj_type的优先级。如果两个kobj_type都存在，那么优先调用kset中的函数。如果kset中的kobj_type为空，才调用各个kobject结构体本身对应的kobj_type中的函数
5，kset中的kobj也负责对kset的引用计数
kset操作
void kset_init(struct kset *k) //初始化
{
kobject_init_internal(&k->kobj);
INIT_LIST_HEAD(&k->list);
spin_lock_init(&k->list_lock);
}
int kset_register(struct kset *k); //注册函数
void kset_unregister(struct kset *k); //注销函数
static inline struct kset *kset_get(struct kset *k);
static inline void kset_put(struct kset *k);
设备驱动模型的三大组件
总线：
struct bus_type
{
const char *name;
struct bus_attribute *bus_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
struct driver_attribute *drv_attrs;
int (*match)(struct device *dev,struct device_driver *drv);
int (*uevent)(struct device *dev,struct kobj_uevent_env *env);
int (*probe)(struct device *dev);
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*suspend_late)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*resume_early)(struct device *dev);
struct dev_pm_ops *pm;
struct bus_type_private *p;
};
struct bus_type_private
{
struct kset subsys; //代表该bus子系统，里面的kobj是该bus的主kobj，也就是最顶层
struct kset *drivers_kset; //挂载到该总线上的所有驱动集合
struct kset * devices_kset; //挂载到该总线上的所有设备集合
struct klist klist_devices; //所有的设备列表
struct klist klist_drivers; //所有的驱动程序列表
struct block_notifier_head bus_notifier;
unsigned int drivers_autoprobe:1; //设置是否在驱动注册是，自动弹出设备
struct bus_type *bus; //回指向包含自己的总线
};
int bus_register(struct bus_type *bus);
void bus_unregister(struct bus_type *bus);
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);
};
int bus_create_file(struct bus_type *bus,struct bus_attribute *attr);
void bus_remove_file(struct bus_type *bus,struct bus_attribute *attr);
设备：
struct device
{
struct klist klist_children; //连接子设备的链表
struct device *parent; //指向父设备的指针
struct kobject kobj; //内嵌的kobject
char bus_id[BUS_ID_SIZE]; //连接到总线上的位置
unsigned uevent_supress:1; //是否支持热插拔事件
const char *init_name; //设备的初始化名字
struct device_type *type; //设备相关的特殊处理函数
struct bus_type *bus; //指向连接的总线指针
struct device_driver *driver; //指向该设备的驱动程序
void *driver_data; //指向驱动程序私有数据的指针
struct dev_pm_info power; //电源管理信息
dev_t devt; //设备号
struct class *class; //指向设备所属类
struct attribute_group **groups; //设备的组属性
void (*release)(struct device *dev); //释放设备描述符的回调函数
...
};
int device_register(struct device *dev);
void device_unregister(struct device *dev);
struct device_attribute
{
struct attribute attr;
ssize_t (*show)(struct device *dev,struct device_attribute *attr,char *buf);
ssize_t (*store)(struct device *dev,struct device_attribute *attr,const char *buf,size_t count);
};
int device_create_file(struct device *device,struct device_attribute);
void device_remove_file(struct device *dev,struct device_attribute *attr);
驱动：
struct device_driver
{
const char *name; //设备驱动名字
struct bus_type *bus; //指向驱动属于的总线，总线上有很多设备
struct module *owner; //设备驱动自身模块
const char *mod_name; //设备驱动名字
int (*probe)(struct device *dev); /探测函数
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev);
int (*suspend)(struct device *dev,pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev);
struct attribute_group **group;
struct dev_pm_ops *pm;
struct driver_private *p;
};
struct driver_private
{
struct kobject kobj; //内嵌kobject结构，用来构建设备驱动程序模型
struct klist klist_devices; //该驱动支持的所有设备链表
struct klist_node knode_bus; //该驱动所属总线
struct module_kobject *mkobj; //驱动的模块
struct device_driver *driver; //指向驱动本身
};
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 *driver ,char *buf);
ssize_t (*store)(struct device_driver*driver,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);
Linux 设备驱动模型