L i n u x platform驅動架構實現機制研究與應用

周德榮，夏 齡

（四川民族學院 網絡信息中心，四川 康定 6 2 6 0 0 1）

L i n u x platform驅動架構實現機制研究與應用

周德榮，夏 齡

（四川民族學院 網絡信息中心，四川 康定 6 2 6 0 0 1）

Linux 2.6內核開發了全新的設備驅動模型，實現了設備驅動到總線和核心層的抽象，platform是基于新設備驅動模型的虛擬總線.本文采用linux 2.6.25.8內核源碼，介紹了設備驅動模型原理，詳細分析了platform總線驅動架構在linux內核中的實現機制，以TQ2440開發板為測試平臺，基于platform驅動架構設計實現了按鍵驅動.實驗表明，此方法切實可行，驅動具有較好植移性和安全性.

設備驅動模型；platform；sysfs；按鍵驅動

隨著技術的不斷進步，系統的拓撲結構越來越復雜，系統支持的設備數量巨增，對智能電源管理、熱插拔以及p l u g a n dp l a y的支持要求也越來越高，為適應這種形勢的需要，L i n u x2.6內核開發了全新的設備模型.L i n u x設備驅動模型采用面向對象的思想，完成從設備驅動到總線和核心層的抽象.platform是設備驅動模型中基于設備驅動模型核心層的一個虛擬總線，基于platform驅動架構驅動設計方式在新版linux內核中大量使用.

1 設備驅動模型

L i n u x設備驅動模型是為了系統地管理所有設備，內核通過k o b j e c t s和k s e t s底層數據結構來實現基本對象及其層次關系，底層數據結構之上實現的設備模型的核心組件總線，設備，驅動結構及相互操作.

1.1 底層關鍵數據結構

設備驅動模型底層主要涉及k o b j e c t內核對象、K s e t內核對象集合兩個數據結構.k o b j e c t是L i n u x2.6新引入的設備管理機制，是設備模型的核心結構，內核中用s t r u c t k o bj e c t表示.k o b j e c t提供基本的對象管理能力，使所有設備在底層具有統一的接口.k o b j e c t主要完成對象的引用計數、s y s f s表示、數據結構粘和、熱插拔事件處理功能.k o b j e c t結構定義為：

k s e t是具有相同類型的k o b j e c t的集合，它有一套操作函數，實現k s e t組織成層次化的結構管理，內核中用k s e t數據結構表示.k s e t數據結構定義為：

包含在k s e t中的所有k o b j e c t被組織成一個雙向循環鏈表l i s t.k s e t數據結構內嵌了一個k o b j e c t對象k o b j，所有屬于這個k s e t的k o b j e c t對象的p a r e n t域均指向這個內嵌的對象.k s e t的引用計數依賴內嵌的k o b j e c t對象的引用計數來實現.u e v e n t_o p s域代表當前u e v e n t的操作集合.

1.2 linux設備模型三要素

在底層數據結構建立內核對象管理機制的基礎上，L i nu x通過總線、設備、設備驅動三個核心組件實現設備模型.總線作為主機和外設的連接通道，任何設備都可以選擇合適的總線連接到主機，總線由s t r u c t bus_t y p e結構描述，每個bus_t y p e對象都對應/s y s/bus目錄下的一個子目錄.設備是連接在總線上的實體，不同設備功能不同.設備由device結構描述.驅動程序是C P U運行時，提供操作設備的軟件接口，所有設備必須配套驅動程序才能正常工作.設備驅動由device_driver結構描述.總線，設備，設備驅動三者關系如圖1所示.

L i n u x初始化時，總線開始掃描設備，找到設備就為其申請一個s t r u c t device結構，通過內核函數將其加入總線中p->device s_k s e t鏈表；每個驅動程序初始化時，注冊s t r u c t device_driver結構，遍歷總線的p->device s_k s e t鏈表，去尋它所支持的設備，找到后把s t r u c t device中的s t r u c t device_driverdriver指向這個driver，而s t r u c tdevice_driver driver把s t r u c t device加入他的那張s t r u c t k l i s t k l i s t_device s鏈表.

1.3 s y s f s文件系統

s y s f s文件系統是linux設備模型的一個重要組成部分.s y s f s是一個在啟動時加載到/s y s的內存文件系統，它用于將系統中的設備組織成層次結構，并向用戶模式程序提供詳細的內核數據結構信息.頂層目錄主要有包含所有的塊設備的B l o c k目錄、所有設備的D e v i c e s目錄、系統所有總線類型的B u s目錄、內核中所有已注冊設備驅動程序的D r i v e r s目錄、系統中設備類型的C l a s s目錄.

圖1 總線，設備，設備驅動的關系

2 platform驅動架構在內核中的實現

platform驅動架構是在Linux設備驅動模型上實現的，是對總線，設備，驅動進行了再次封裝處理，Linux 2.6新近源碼中大部分驅動程序采用方式對原來驅動進行了改寫，platform總線驅動架構在內核中分platform總線生成，platform設備、plat form驅動三部分實現.

2.1 platform總線

platform總線是linux 2.6內核加入的一種虛擬總線，它主要用于連接S O C上的片上資源.platform總線在內核中用platform_bus_t y p e結構表示，總線本身也是一個設備，L i n u x內核用platform_bus結構表示.linux內核源碼d r i ve r/b a s e/platform.c中定義了plat f o r_bus和platform_bus_t y p e全局內核對象.platform總線作為一個設備在系統啟動時自動創建，具體函數調用流程為：start_k e r n e l()->rest_init()->k e rn e l_init()->d o_basic_se t u p()->driver_init()->platform_bus_init().start_k e r n e l()、rest_init()、k e r n e l_init()和 d o_basic_se t u p()在init/m a i n.c中實現.driver_init()在drivers/b a s e/init.c中實現，platform_bus_init()在drivers/b a s e/platform.c中實現.流程中最終是調用platform_bus_init()完成platform總線生成與注冊，核心代碼如下所示.

2.2 platform設備與platform驅動

platform設備作為特殊的獨立實體在系統中出現，主要包括基于端口的設備、外圍總線的連接設備，以及大多數集成于S O C的控制器，它們通常都通過C P U總線直接尋址.內核中platform設備用S t r u c tplatform_device結構描述，platf o r m驅動用platform_driver結構描述，如圖2所示.platf o r m_device結構由設備名稱n a m e、設備i d、設備d e v和資源r e s o u r c e組成，N a m e用作與驅動進行匹配，r e s o u r c e是設備使用的資源數據，如I R Q,地址等.通過platform_add_device s（）、platform_device_register（）和 platform_device_add（）函數將平臺設備注冊到platform總線.platform_driver完全遵照設備驅動模型的約定，繼承了device_driver，并進行了封裝，通過platform_driver_register（）函數完成平臺驅動注冊，平臺驅動注冊涉及的主要函數調用流程為：platform_driver_register()->driver_register()->bus_add_driver()->driver_a t t a c h()->bus_f o r_e a c h_d e v()->__driver_a t t a c h()->driver_probe_device()->really_probe()->d r v->probe()->driver_b o u n d().platform驅動注冊的核心任務是在driver_probe_device()函數中通過d r v->bus->m a t c h（）語句實現調用 platform總線的m a t c h（）方法，判斷驅動的名稱和設備的名稱是否相等，相等驅動能處理指定設備，否則驅動不能處理指定設備.然后通過在r e a ll y_probe（）方法中執行 d r v->probe（d e v）語句實現調用 platf o r m驅動的probe()方法，完成綁定驅動到設備.

3 platform總線架構的按鍵驅動實現

3.1 硬件平臺資源

T Q 2 4 4 0是一個基于S 3 C 2 4 4 0的開發測試平臺，按鍵硬件原理如圖 3所示.S 3 c 2 4 4 0的 G P I O_F 0，G P I O_F 1，G P IO_F 2，G P I O_F 4作為輸入口，讀取按鍵狀態，這四個I/O口分別使用外部中斷 E I N T 0，E I N T 1，E I N T 2，E I N T 4.當按鍵松開時，I/O口處于高電平，得到邏輯1，當按鍵按下時，I/O被拉低，得到邏輯0.

圖3 T Q 2 4 4 0平臺按鍵原理圖

3.2 按鍵驅動實現

通過platform總線架構開發設備驅動流程是：首先定義platform_device，注冊platform_device，實現platform設備注冊到 platform總線.然后定義 platform_driver，注冊 platf o r m_driver，實現編寫platform驅動，并完成驅動和設備的綁定.platform設備和platform驅動分別使用不同的內核模塊實現.

3.2.1 platform設備實現

platform設備是注冊到platform總線的，使用s t r u c t platform_device定義平臺設備，然后通過在模塊初始化函數中調用platform_device_register()執行平臺設備注冊,平臺設備注冊成功后，在platform總線產生名稱為s 3 c 2 4 4 0-k e y的設備.平臺設備定義及注冊的核心代碼如下：

3.2.2 platform驅動實現

platform驅動的實現主要是定義一個s t r u c t platf o r m_driver類型的s 3 c 2 4 4 0_k e y_driver，并實現其成員，然后在模塊初始化函數中通過調用platform_driver_register()實現注冊平臺驅動到platform總線.定義平臺驅動的核心代碼如下：

在s 3 c 2 4 4 0_k e y_driver中s 3 c 2 4 4 0_k e y_probe()是完成查詢系統中是否有對應的設備，有則完成驅動的初始化工作.按鍵驅動采用中斷方式實現，每個按鍵對應一個中斷，實現時對應一個中斷處理函數.在s 3 c 2 4 4 0_k e y_probe()函數中調用m i s c_register()將按鍵作為混亂驅動向內核注冊，實現按鍵的 o p e n()、r e a d()、p o l l()和 c l o s e()功能，在 o p e n()函數中調用r e q u e s t_i r q()實現中斷處理函數與中斷號的綁定，當按下一個鍵時中斷處理程序立即響應.s 3 c 2 4 4 0_k e y_probe()函數的核心代碼框架如下：

4 結束語

基于platform總線的驅動機制與傳統的設備驅動機制相比，platform總線的驅動機制將設備本身的資源注冊進內核，由內核統一管理，驅動程序使用這些資源時使用platf o r m device提供的標準接口進行申請，提高了驅動和資源管理的獨立性，具有較好的移植性和安全性.

〔1〕(印)Sreekrishnan Venkateswaran ．Essential Linux Device Drivers[M]．Prentice Hall PTR，2009.

〔2〕(美 )Jonathan Corbet,Alessandro Rubini,Greg Kroah-Hartman,魏永明譯．Linux設備驅動程序 （第三版）[M]．中國電力出版社，2006.

〔3〕宋寶華．Linux設備驅動開發詳解[M]．人民郵電出版社，2008.

〔4〕李俊．嵌入式Linux設備驅動開發詳解[M]．人民郵電出版社，2008.

〔5〕孫天澤，袁文菊，等．嵌入式設計及 Linux驅動開發指南——基于ARM 9處理器[M]．電子工業出版社，2005.

〔6〕韋東山．嵌入式Linux應用開發完全手冊[M]．人民郵電出版社，2008.

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1673-260X（2010）10-0028-03