Linux总线驱动设计(1)-总线驱动模型

本文主要是介绍Linux总线驱动设计(1)-总线驱动模型，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、总线模型概述

随着技术的不断进步，系统的拓扑结构也越来越复杂，对热插拔，跨平台移植性的要求也越来越高，2.4内核已经难以满足这些需求。为适应这种形势的需要，从Linux 2.6内核开始提供了全新的设备模型。

假如说现在有一条USB总线，它支持热插拔，支持鼠标、键盘、网卡。当网卡插入时，USB总线需要感知到设备的插入，然后根据设备描述符逐个去匹配和它一样的设备驱动程序，可能先找到鼠标驱动程序，发现处理不了，然后找键盘驱动程序，发现页支持不了，最后找到了网卡驱动程序，可以处理。于是把USB的控制权交给网卡驱动程序，当网卡拔掉时，USB总线同样需要感知到设备的移除，然后通过网卡驱动程序做相应的处理。

2、总线

在Linux系统中，总线的编程模型和字符型，混杂型也类似。在Linux内核中存在一种描述结构来描述总线，还有注册、注销总线设备的函数。

1、总线描述结构

在 Linux 内核中, 总线由 bus_type 结构表示,定义在 <linux/device.h>

struct bus_type {const char *name; /*总线名称*/int (*match) (struct device *dev, structdevice_driver *drv); /*驱动与设备的匹配函数*/………
}

它的成员非常多，这里介绍2个重要的成员，第一个成员是总线的名字，第二个成员是对设备的匹配函数，上面提到过，设备插入时，需要匹配对应的设备驱动函数。

int (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv)
当一个新设备或者新驱动被添加到这个总线时，该函数被调用。用于判断指定的驱动程序是否能处理指定的设备。若可以，则返回非零。

2、注册总线

总线的注册使用如下函数
bus_register(struct bus_type *bus)
若成功，新的总线将被添加进系统，并可在/sys/bus 下看到相应的目录。

3、注销总线

总线的注销使用：

void bus_unregister(struct bus_type *bus)

4、创建一条总线

使用上面的代码就可以注册一条总线了：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/device.h>int my_macth(struct device * dev, struct device_driver * drv)
{return 0;
}struct bus_type my_bus_type = {.name = "my_bus",.match = my_macth,
};static int bus_init(void)
{int ret;ret = bus_register(&my_bus_type);return ret;
}static void bus_exit(void)
{bus_unregister(&my_bus_type);
}MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(bus_init);
module_exit(bus_exit);

安装这个模块后，使用：

#ls /sys/bus

命令可以看到我们注册总线的名字

注意，如果代码中没有声明遵循GPL协议，将会出现如下警告，且总线注册失败。

bus: module license 'unspecified' taints kernel.
Disabling lock debugging due to kernel taint
bus: Unknown symbol bus_unregister
bus: Unknown symbol bus_register
insmod: cannot insert 'bus.ko': unknown symbol in module or invalid parameter

3、驱动

总线的设备驱动也分为描述结构，注册和注销这3个主要操作。

1、描述结构

在 Linux内核中, 驱动由 device_driver结构表示。

struct device_driver {
{const char *name; /*驱动名称*/struct bus_type *bus; /*驱动程序所在的总线*/int (*probe) (struct device *dev);………
}

这里列举出3个重要的采用，第一个驱动名称，第二个驱动程序所在的总线，第三个当总线设备和这个驱动匹配时调用probe这个函数

2、注册驱动

驱动的注册使用如下函数
int driver_register(struct device_driver *drv)

3、注销驱动

驱动的注销使用：
void driver_unregister(struct device_driver *drv)

4、创建一个驱动

由于这个驱动是挂载在my_bus下面的，所以在bus.c的代码中需要把这个总线的描述结构导出。

EXPORT_SYMBOL(my_bus_type);

然后根据上面的情况编写驱动程序：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/device.h>extern struct bus_type my_bus_type;int my_probe(struct device *dev)
{printk("driver found the device it can handle!\n");//实际情况下这里要做初始化return 0;
}
struct device_driver my_driver = {.name = "my_dev",.bus = &my_bus_type,.probe = my_probe,
};static int my_driver_init(void)
{int ret;ret = driver_register(&my_driver);return ret;
}static void my_driver_exit(void)
{driver_unregister(&my_driver);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(my_driver_init);
module_exit(my_driver_exit);

编写Makefile后编译

并且把bus和driver都拷贝到开发板中，同时安装，查看总线情况：

#ls /sys/bus/my_bus

在my_bus下有2个目录，devices保存设备，drivers保存驱动。

查看driver目录，如果有my_dev驱动，说明驱动创建成功。

4、设备

同样在Linux设备中仍然由设备描述结构，设备注册，设备注销。

在 Linux内核中, 设备由struct device结构表示。

struct device {
{const char *init_name; /*设备的名字*/struct bus_type *bus; /*设备所在的总线*/
………
}

设备的注册使用如下函数
int device_register(struct device *dev)
设备的注销使用：
void device_unregister(struct device *dev)

创建一个设备

根据上面的介绍就可以创建一个设备了

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/device.h>extern struct bus_type my_bus_type;/*描述设备，名字需要和驱动中一样*/
struct device my_device = {.init_name = "my_dev",.bus = my_bus_type,
};static int my_device_init(void)
{int ret;ret  = device_register(&my_device);return ret;
}static void my_device_exit(void)
{device_unregister(&my_device);
}MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(my_device_init);
module_exit(my_device_exit);

5、设备与驱动的匹配

编写好驱动程序，创建好设备后，总线怎么把驱动程序和设备对应在一起呢？其实是通过match来实现的。当然不同的总线匹配规则也不一样，比如说USB总线，在匹配驱动程序时会依次比较设备和驱动的ID，如果相同就匹配成功。我们这里采用名字匹配的方法，比如设备的名字和驱动的名字一样，则认为匹配成功，调用这个驱动的prob函数。下面开始实现总线中的match函数。

int my_macth(struct device * dev, struct device_driver * drv)
{return !strncmp(dev->init_name, drv->name,strlen(drv->name));
}

最后，bus的代码如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/device.h>int my_macth(struct device * dev, struct device_driver * drv)
{return !strncmp(dev->init_name, drv->name,strlen(drv->name));
}struct bus_type my_bus_type = {.name = "my_bus",.match = my_macth,
};//输出my_bus_type供别的驱动使用
EXPORT_SYMBOL(my_bus_type);static int bus_init(void)
{int ret;ret = bus_register(&my_bus_type);return ret;
}static void bus_exit(void)
{bus_unregister(&my_bus_type);
}MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(bus_init);
module_exit(bus_exit);

把bus，driver，device分别在开发板上安装，发现在安装device的时候内核发生了异常，提示如下：

Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000
pgd = c39c4000
[00000000] *pgd=339bf031, *pte=00000000, *ppte=00000000
Internal error: Oops: 17 [#1]
last sysfs file: /sys/devices/platform/soc-audio/sound/card0/mixer/dev
Modules linked in: device(+) driver bus
CPU: 0    Not tainted  (2.6.32.2-FriendlyARM #17)
PC is at strncmp+0x14/0x68
LR is at my_macth+0x2c/0x38 [bus]
pc : [<c014f6dc>]    lr : [<bf000064>]    psr: 20000013
sp : c39a7e38  ip : c39a7e48  fp : c39a7e44
r10: 00000000  r9 : 00000000  r8 : bf00c070
r7 : c0187330  r6 : bf00c068  r5 : bf00c068  r4 : bf0060a4
r3 : 00000000  r2 : 00000006  r1 : bf0060a4  r0 : 00000000
Flags: nzCv  IRQs on  FIQs on  Mode SVC_32  ISA ARM  Segment user
Control: c000717f  Table: 339c4000  DAC: 00000015
Process insmod (pid: 682, stack limit = 0xc39a6270)
Stack: (0xc39a7e38 to 0xc39a8000)
7e20:                                                       c39a7e5c c39a7e48
7e40: bf000064 c014f6d8 bf0060ac bf00c068 c39a7e74 c39a7e60 c0187364 bf000048
7e60: 00000000 c39a7e78 c39a7e9c c39a7e78 c0186680 c0187340 c38feec8 c394f574
7e80: bf00c068 bf00c09c bf00c108 00000000 c39a7eb4 c39a7ea0 c0187408 c0186624
7ea0: c04ce058 bf00c068 c39a7ec4 c39a7eb8 c0186474 c01873b4 c39a7f0c c39a7ec8
7ec0: c0184cb0 c0186458 00000000 c034b8f4 c39a7ef4 c39a7ee0 c014b490 c014c44c
7ee0: bf00c068 bf00c068 00191e54 bf00c108 c39a6000 c04a3980 00000000 bf00c01c
7f00: c39a7f24 c39a7f10 c0184ed8 c01849a8 00000969 00191e54 c39a7f34 c39a7f28
7f20: bf00c030 c0184ecc c39a7f7c c39a7f38 c003032c bf00c02c 00000000 00000000
7f40: 00000000 00000969 00191e54 bf00c108 00000000 00000969 00191e54 bf00c108
7f60: 00000000 c00310c8 c39a6000 00000000 c39a7fa4 c39a7f80 c0070344 c0030300
7f80: c009b6b0 c009b5a0 00000000 00000000 bead6eb8 00000080 00000000 c39a7fa8
7fa0: c0030f20 c0070284 00000000 00000000 001aafd8 00000969 00191e54 00000000
7fc0: 00000000 00000000 bead6eb8 00000080 bead6eb4 bead6eb8 00000001 bead6eb4
7fe0: 00000069 bead6b7c 00020d48 000094b4 60000010 001aafd8 3055b031 3055b431
Backtrace: 
[<c014f6c8>] (strncmp+0x0/0x68) from [<bf000064>] (my_macth+0x2c/0x38 [bus])
[<bf000038>] (my_macth+0x0/0x38 [bus]) from [<c0187364>] (__device_attach+0x34/0x4c)r5:bf00c068 r4:bf0060ac
[<c0187330>] (__device_attach+0x0/0x4c) from [<c0186680>] (bus_for_each_drv+0x6c/0x98)r5:c39a7e78 r4:00000000
[<c0186614>] (bus_for_each_drv+0x0/0x98) from [<c0187408>] (device_attach+0x64/0x7c)r7:00000000 r6:bf00c108 r5:bf00c09c r4:bf00c068
[<c01873a4>] (device_attach+0x0/0x7c) from [<c0186474>] (bus_probe_device+0x2c/0x4c)r5:bf00c068 r4:c04ce058
[<c0186448>] (bus_probe_device+0x0/0x4c) from [<c0184cb0>] (device_add+0x318/0x524)
[<c0184998>] (device_add+0x0/0x524) from [<c0184ed8>] (device_register+0x1c/0x20)
[<c0184ebc>] (device_register+0x0/0x20) from [<bf00c030>] (my_device_init+0x14/0x1c [device])r5:00191e54 r4:00000969
[<bf00c01c>] (my_device_init+0x0/0x1c [device]) from [<c003032c>] (do_one_initcall+0x3c/0x1c8)
[<c00302f0>] (do_one_initcall+0x0/0x1c8) from [<c0070344>] (sys_init_module+0xd0/0x204)
[<c0070274>] (sys_init_module+0x0/0x204) from [<c0030f20>] (ret_fast_syscall+0x0/0x28)r7:00000080 r6:bead6eb8 r5:00000000 r4:00000000
Code: e92dd800 e24cb004 e3520000 0a00000e (e5d0c000) 
---[ end trace ed7d32a3ca1538b0 ]---
Segmentation fault

我们要学会分析这段提示，这里有一段非常重要的函数调用回溯表：

Backtrace: 
[<c014f6c8>] (strncmp+0x0/0x68) from [<bf000064>] (my_macth+0x2c/0x38 [bus])
[<bf000038>] (my_macth+0x0/0x38 [bus]) from [<c0187364>] (__device_attach+0x34/0x4c)r5:bf00c068 r4:bf0060ac
[<c0187330>] (__device_attach+0x0/0x4c) from [<c0186680>] (bus_for_each_drv+0x6c/0x98)r5:c39a7e78 r4:00000000
[<c0186614>] (bus_for_each_drv+0x0/0x98) from [<c0187408>] (device_attach+0x64/0x7c)r7:00000000 r6:bf00c108 r5:bf00c09c r4:bf00c068
[<c01873a4>] (device_attach+0x0/0x7c) from [<c0186474>] (bus_probe_device+0x2c/0x4c)r5:bf00c068 r4:c04ce058
[<c0186448>] (bus_probe_device+0x0/0x4c) from [<c0184cb0>] (device_add+0x318/0x524)
[<c0184998>] (device_add+0x0/0x524) from [<c0184ed8>] (device_register+0x1c/0x20)
[<c0184ebc>] (device_register+0x0/0x20) from [<bf00c030>] (my_device_init+0x14/0x1c [device])r5:00191e54 r4:00000969
[<bf00c01c>] (my_device_init+0x0/0x1c [device]) from [<c003032c>] (do_one_initcall+0x3c/0x1c8)

可以看到问题出在strncmp函数，然后结合第一句话，内核不能处理空指针，所以strncmp比较函数中一定有一个是空指针。原因在于设备的注册函数中，在设备注册过程的时候会把init_name赋值给另外一个参数，然后把它清空。所以应该使用别的参数比较：

int my_macth(struct device * dev, struct device_driver * drv)
{return !strncmp(dev->kobj.name, drv->name,strlen(drv->name));
}
	return !strncmp(dev->kobj.name, drv->name,strlen(drv->name));
}

重新编译后，再安装，最后安装设备的时候会打印出一条信息，到这里就完成了总线的驱动了！

如果说先挂载设备，再安装驱动，会发生什么情况呢？设备能够正常工作吗？我们试一试，

结果发现同样打印出了信息。因为在安装驱动的时候，驱动同样会去匹配当前总线上的设备，如果匹配成功，则开始处理这里设备！