手把手教linux驱动11-linux设备驱动统一模型

1. 设备树概念

1.1.设备树感性认识

设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做DTS(Device Tree Source)，这个DTS 文件采用树形结构描述板级设备，比如CPU 数量、 内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等。设备树是树形数据结构，具有描述系统中设备的节点。每个节点都有描述所代表设备特征的键值对。每个节点只有一个父节点，而根节点则没有父节点。

1.2.DTS、DTB、DTC

DTS：设备树源码文件；DTB：将DTS编译后得到的二进制文件；DTC：DTS的编译工具，其源码在内核的scripts\dtc目录下。基于同样arm架构的CPU有很多，同一个CPU会制作很多配置不一的板子，如何正确的编译所选的板子的DTS文件呢？在内核的arch/arm/boot/dts/Makefile中：

dtb-$(CONFIG_ARCH_XXX) += xxx.dtb
dtb-$(CONFIG_ARCH_XXX) += xxx-sip.dtb
dtb-$(CONFIG_ARCH_XXX) += xxx.dtb
dtb-$(CONFIG_ARCH_XXX) += xxx.dtb

例如xxxx的开发板，只要设置CONFIG_ARCH_xxx=y,所有用到这颗SOC的DTS都会编译成DTB。如果后续还用到了这颗SOC设计的开发板，只要新建一个DTS文件，并将对应名称的DTB文件名加到dtb-$(CONFIG_ARCH_xxx)中，在编译设备树时就会将DTS编译为二进制的DTB文件。

1.3.Device Tree语法

以下语法分析均以xxx.dts为例。

1.3.1. dtsi头文件

设备树的头文件扩展名为 .dtsi。以xxx.dts为例，其包含以下头文件。

#include "skeleton.dtsi"
#include xxx.h"
#include "xxx-clocks.dtsi"
#include "xxx-pinctrl.dtsi"
#include "xxx-camera.dtsi"

需要注意的是.dts文件不但可以引用.dtsi文件，还可以引用.h文件和其他的.dts文件。Q1:每一个.dtsi和.dts都有自己的根节点，但是一个设备树文件只允许有一个根节点，DTC如何处理？将根节点合并，保留最后一级的根节点。包含的头文件内容会被展开，展开的位置在/memory和/cpus之间。（存疑，只用xxx.dts编译过） Q2:如果包含过程中有重复的compatible，DTC怎么处理？编译时不会报错，会生成两个compatible属性一样的节点。

1.3.2. 设备节点

设备树中的每一个节点都按照以下格式命名：

node-name@unit-address

node-name表示节点名称，它的长度范围应该是1~31个字符，可以由以下的字符组成：

表 2-1节点名称的有效字符

节点名称应以较低或大写字符开头，并应描述设备的一般类别。节点的单位地址特定于节点所在的总线类型。它由表2-1中字符集中的一个或多个ASCII字符组成。单位地址必须与节点的reg属性中指定的第一个地址匹配。如果节点没有reg属性，则必须省略@unit-address，并且单独使用节点名称将节点与树中相同级别的其他节点区分开来。对于reg格式和单位地址，特定总线的绑定可能会指定附加更具体的要求。根节点没有节点名称或单位地址。它由正斜杠(/)标识。图 2-1节点名称示例

在图2-1中，节点名称为cpu的两个节点通过uint-address 0和1区分；节点名称为ethernet的两个节点通过uint-address fe002000和fe003000区分。在设备树中经常会看到以下设备名称：

watchdog: watchdog@04009800 

冒号前的是节点标签（label）,冒号后是节点名称。引入label的目的是方便访问节点，可以直接通过&label来访问这个节点。比如上述节点就可以使用&watchdog来访问。

1.3.2.1. 通用名称建议

节点的名称应该有些通用，反映设备的功能，而不是其精确的编程模型。如适用，名称应为以下选择之一：

• adc    • accelerometer
• atm    • audio-codec
• audio-controller • backlight:
• bluetooth   • bus
• cache-controller • camera
• can    • charger
• clock:   • clock-controller
• compact-flash  • cpu
• cpus    • crypto
• disk    • display
• dma-controller • dsp
• eeprom   • efuse:
• mdio    • memory
• memory-controller • mmc
• mmc-slot   • mouse
• nand-controller • nvram
• oscillator  • parallel
• pc-card   • pci
• pcie    • phy
• pinctrl   • pmic
• pmu    • port
• ports    • pwm

1.3.2.2. 路径名称

通过指定从根节点到所需节点的完整路径（通过所有子节点），可以唯一识别devicetree中的节点。指定设备路径的约定是：

 /node-name-1/node-name-2/.../node-name-N

例如，在图2-1中，到cpu#1的设备路径为：

/cpus/cpu@1

/为根节点，在保证完整路径明确的前提下，可以省略uint-address。

1.3.3. 属性

设备树中的每个节点都有描述节点特性的属性。属性由名称和值组成。

1.3.3.1. 属性名称

属性名称的长度范围应该是1~31个字符，可以由以下的字符组成：

非标准属性名称应指定唯一的字符串前缀，例如股票代号，用于标识定义该属性的公司或组织的名称。示例：

xxx,pin-function = <6>;
fsl,channel-fifo-len
  linux,network-index
  ibm,ppc-interrupt-server#s

1.3.3.2. 属性值

属性值是包含与属性关联的信息的零或多个字节的数组。

big-endian和little-endian(大小端)：big-endian：是指低地址端存放高位字节；little-endian：是指高地址端存放低位字节；

1.3.3.3. 标准属性

1. Compatible(兼容)

示例：

compatible =“fsl,mpc8641”,“ns16550”;

在此示例中，操作系统将首先尝试查找支持fsl,mpc8641-uartmpc8641的设备驱动程序。如果找不到驱动程序，然后，它将尝试定位受支持的更通用的ns16550设备类型驱动程序 。

一般驱动程序文件都会有个OF匹配表，此匹配表保存着一些compatible值，如果设备节点的 compatible属性值和OF匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这驱动。比如在文件drvier/misc/memctrl.c中：

static struct of_device_id_xxx_memctrl_of_match[] = {
     { .compatible = "xxxx,memctrl", },
     {},
};

对应的，在arch/arm/boot/dts/xxx.dts中有：

memctrl: memctrl {
   compatible = "xxxx,memctrl";
   reg = <0x0121B000 0x1044>;
   clocks = <&sdram_bandw_clk>, <&mem_axi_clk>;
   clock-names = "sdram_bandwidth_clk", "mem_axi_clk";
   interrupts = <GIC_SPI INT_SDRAM IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
   interrupt-controller;
   #interrupt-cells = <1>;
};

2. Model(型号)

示例：

model =“fsl,MPC8349EMITX”；

3. Phandle(pointer handle)

示例：

pic@10000000 {
phandle = <1>;
interrupt-controller;
};

定义了1的phandle值。另一个设备节点可以引用phandle值为1的pic节点：

another-device-node {
interrupt-parent = <1>;
};

4. Status

5. #address-cells and #size-cells

#address-cells = <1>;
  #size-cells = <0>;

表示reg属性中有一个u32表示address，没有表示reg大小的数据，所以：reg = <0x0>; 即reg的起始地址为0x0，不描述其大小

#address-cells = <1>;
   #size-cells = <1>;

表示reg属性中有一个u32表示address，有一个u32表示size，所以：reg = <0x00000000 0x00040000>; 即reg的起始地址为0x00000000，大小是0x00040000

6. Reg

示例：假设系统芯片中的设备包含两个寄存器块，SOC中偏移0x3000的32字节块和偏移0xFE00的256字节块。reg属性的编码如下（假设#address-cells和#size-cells值为1）：

reg=<0x3000 0x20 0xFE00 0x100>；

7. virtual-reg

8. Ranges

示例：

soc {
 compatible = "simple-bus";
 #address-cells = <1>;
 #size-cells = <1>;
 ranges = <0x0 0xe0000000 0x00100000>;
 serial {
  device_type = "serial";
  compatible = "ns16550";
  reg = <0x4600 0x100>;
  clock-frequency = <0>;
  interrupts = <0xA 0x8>;
  interrupt-parent = <&ipic>;
 };
};

soc节点指定了<0x0 0xe0000000 0x00100000>；此属性值指定对于1024KB范围的地址空间，在物理0x0处寻址的子节点映射到物理0xe0000000的父地址。通过这种映射，串行设备节点可以通过0xe0004600地址的加载或存储、0x4600（在注册表中指定）的偏移量以及范围中指定的0xe0000000映射寻址。

12. dma-ranges

14. Name(已弃用)

16. device_type

1.3.4. 基本设备节点类型

所有设备树文件均要包含一个根文件，并且所有设备树文件均应在根节点下存在以下节点：

• 1个/cpus节点
• 至少一个/memory节点

使用说明：R = 必需，O = 可选，OR = 可选但推荐，SD = 参见定义，所有其他的标准属性均可接受，但可选

1.3.4.1. Root node

devicetree有一个单独的根节点，所有其他设备节点都是它的后代。根节点的完整路径为/。

1.3.4.2. /aliases节点

设备树文件可能具有一个别名节点（/aliases），该节点定义一个或多个别名属性。别名节点应位于设备树的根节点，并且具有节点名称/别名。/aliases节点的每个属性都定义了一个别名。属性名称指定别名。属性值指定设备树中节点的完整路径。例如，属性serial0 = "/simple-bus@fe000000/serial@llc500"定义了别名serial0。别名的命名规则如下：

1.3.4.3. /memory节点

所有设备树都需要内存设备节点，并描述系统的物理内存布局。如果系统具有多个范围的内存，则可以创建多个内存节点，或者可以在单个内存节点的reg属性中指定范围。

/memory节点的属性要求如下：

在xxx.dts中

memory {
       reg =  <0x40000000 0x10000000>;   起始地址0x40000000 长度0x10000000（32MB）
 };

1.3.4.4. /chosen 节点

/chosen 节点不代表系统中的实际设备，而是描述了在运行时由系统固件选择或指定的参数。它应该是根节点的子节点。

示例：

chosen {
bootargs = "root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1 console=ttyS0,115200";
};

1.3.4.5. /cpus节点属性

所有设备树均需要/cpus/cpu节点。它并不代表系统中的真实设备，而是作为代表系统cpu的子cpu节点的容器。

1.3.5. 中断映射

在设备树中，存在逻辑中断树，该逻辑中断树表示平台硬件中断的层次结构和路由。在设备树中，使用interrupt-parent属性表示中断源与中断控制器的物理连线。代表产生中断的设备节点包含一个中断父属性，该属性具有一个虚拟值，指向给设备的中断所路由到的设备（通常是中断控制器）。

如果产生中断的设备不具有中断父属性，则假定其中断父节点为其设备父节点。每个中断产生设备都包含一个中断属性，该属性的值描述该设备的一个或多个中断源。每个源都用称为中断描述符表示。中断描述符的格式和含义是特定于中断域的，即，取决于中断域根节点上节点的属性。中断域的根使用#interrupt-cells属性定义对中断描述符进行编码所需的 值数量。

中断域是解释中断描述符的上下文。中断域的根可以是中断控制器（interrupt controller）或中断连接器（interrupt nexus）：

• 中断控制器是物理设备，需要一个驱动程序来处理通过它路由的中断。它还可能级联到另一个中断域。中断控制器由设备树中该节点上的interrupt-controller指定。
• 中断连接器定义了一个中断域和另一个中断域之间的转换。翻译基于特定领域和总线的信息。使用interrupt-map属性在域之间进行转换。例如，PCI控制器设备节点可以是一个中断连接器，定义从PCI中断命名空间（INTA、INTB等）到具有中断请求(IRQ)编号的中断控制器的转换。

1.3.5.1. Interrupts

示例：

interrupts = <GIC_SPI INT_DMA IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;

1.3.5.2. interrupt-parent

示例：

interrupt-parent = <&gpe>;

1.3.5.3. interrupts-extended

示例：

interrupts-extended = <&pic 0xA 8>, <&gic 0xda>;

1.3.5.4. #interrupt-cells

1.3.5.5. interrupt-controller

1.4.Device Tree binary格式

Devicetree Blob (DTB)格式是Devicetree数据的平面二进制编码。它用来在软件程序之间交换设备数据。例如，在引导操作系统时，固件将向操作系统内核传递一个DTB。

DTB格式将devicetree数据编码为一个单一的、线性的、无指针的数据结构。它由一个小标题组成，接下来是三个大小可变的部分:内存保留块、结构块和字符串块这些应该按照这个顺序出现在扁平的devicetree中。

因此。当按地址加载到内存中时，设备树结构作为一个整体。将类似于图中的图表。

1.4.1. dt_header

设备树的头部是由以下C结构体定义的。所有字段都是32位整数，以big-endian格式存储。

struct fdt_header {
此字段应包含值0xd00dfeed(big-endian)
 uint32_t magic;    /* magic word FDT_MAGIC */
此字段应包含设备数据结构的总大小（字节）。该大小应包含结构的所有部分：报头、内存预留块、结构块和字符串块，以及块之间或最终块之后的自由空间间隙。
 uint32_t totalsize;   /* total size of DT block */
此字段应包含结构块从标题开始的字节偏移
 uint32_t off_dt_struct;   /* offset to structure */
此字段应包含从标题开始的字符串块的字节偏移量
 uint32_t off_dt_strings;  /* offset to strings */
此字段应包含从标题开始的内存保留块的字节偏移量
 uint32_t off_mem_rsvmap;  /* offset to memory reserve map */
此字段应包含设备数据结构的版本
 uint32_t version;   /* format version */
此字段应包含设备所用版本向后兼容的最低版本数据结构
 uint32_t last_comp_version;  /* last compatible version */

 /* version 2 fields below */
此字段应包含系统引导CPU的物理ID。它应与设备树中CPU节点的reg属性中给定的物理ID相同
 uint32_t boot_cpuid_phys;  /* Which physical CPU id we're booting on */
 /* version 3 fields below */
此字段应包含字符串块部分的字节长度
 uint32_t size_dt_strings;  /* size of the strings block */

 /* version 17 fields below */
此字段应包含结构块部分的字节长度
 uint32_t size_dt_struct;  /* size of the structure block */
};

1.4.2. memory reservation block

内存保留块向客户端程序提供物理内存中被保留的区域的列表，这些内存不用于一般的内存分配，目的是保护重要的数据结构不被客户端程序覆盖。这个区域包括了若干的reserve memory描述符。每个reserve memory描述符是由address和size组成。其中address和size都是用U64来描述：

struct fdt_reserve_entry {
uint64_t address;
uint64_t size;
};

1.4.3. Structure block

结构块描述了设备树本身的结构和内容。它由若干的分片组成，每个分片开始位置都是保存了令牌(token)，以此来描述该分片的属性和内容。

• FDT_BEGIN_NODE (0x00000001):该token描述了一个node的开始位置，紧挨着该token的就是node name（包括unit address）
• FDT_END_NODE (0x00000002):该token描述了一个node的结束位置
• FDT_PROP (0x00000003):该token描述了一个property的开始位置，该token之后是两个u32的数据。它们之后就是长度为len的具体的属性值数据。

struct {
uint32_t len; 表示该property value data的size。
uint32_t nameoff; 表示该属性字符串在device tree strings block的偏移值
}

• FDT_NOP (0x00000004)：被解析设备树的程序忽略，可用于覆盖其他属性，以删除它
• FDT_END (0x00000009)：标记结构块的结束 所以，一个DTB的结构块可能如下：

(optionally) any number of FDT_NOP tokens
FDT_BEGIN_NODE token:
--node’s name
--paddings
For each property of the node:
               --FDT_NOP(optionally)
               --FDT_PROP token 
                   --property    
all child nodes in this format
(optionally) any number of FDT_NOP tokens
FDT_END_NODE token

1.4.4. Strings Block

定义了各个node中使用的属性的字符串表。由于很多属性会出现在多个node中，因此，所有的 属性字符串组成了一个string block。这样可以压缩DTB的size。

1.5.Linux解析设备树

设备树描述了设备的详细信息，这些信息包括数字类型的、字符串类型的、数组类型的，我们在编写驱动时需要去获取这些信息。Linux内核提供一系列以of_开头的函数来获取设备树信息，这些函数的原型都定义在include/linux/of.h中。设备以节点的形式挂在设备树上，Linux内核使用device_node结构体来描述一个节点，其定义在include/linux/of.h中：

struct device_node {
 const char *name;     device node name
 const char *type;     对应device_type的属性
 phandle phandle;      对应该节点的phandle属性
 const char *full_name;  从“/”开始的，表示该node的full path

 Struct  property *properties;      该节点的属性列表
如果需要删除某些属性，kernel并非真的删除，而是挂入到deadprops的列表
 struct  property *deadprops; /* removed properties */
parent、child以及sibling将所有的device node连接起来
 Struct  device_node *parent;  
 Struct  device_node *child;
 Struct  device_node *sibling;
通过该指针可以获取相同类型的下一个node
 Struct  device_node *next; /* next device of same type */
通过该指针可以获取node global list下一个node
 struct  device_node *allnext; /* next in list of all nodes */
 struct  kobject kobj;
 unsigned long _flags;
 void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
 const char *path_component_name;
 unsigned int unique_id;
 struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};

1.5.1. 查找节点的 OF函数

1.5.1.1. of_find_node_by_name

功能 : Find a node by its "name" property 函数

struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,
 const char *name)

参数 :

@from：开始查找的节点，如果为NULL表示从根节点开始查找整个设备树。
@name:：要查找的节点名字。

返回值: 找到的节点，如果为NULL表示查找失败。

1.5.1.2. of_find_node_by_path

功能 : Find a node matching a full OF path 函数 :

struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)

参数 : @path: 完整的匹配路径 返回值 : 找到的节点，如果为NULL表示查找失败。

1.5.1.3. of_find_node_by_type

功能 Find a node by its "device_type" property 函数

struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from,
 const char *type)

参数

@from：开始查找的节点，如果为NULL表示从根节点开始查找整个设备树
@type: 要查找的节点类型

返回值 找到的节点，如果为NULL表示查找失败。

1.5.1.4. of_find_compatible_node

功能 通过device_type和compatible查找指定节点 函数

struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,const char *type, const char *compatible)

参数

@from：开始查找的节点，如果为NULL表示从根节点开始查找整个设备树
@type: 要查找的节点device_type属性
@compatible：节点的compatible属性列表

返回值 找到的节点，如果为NULL表示查找失败。

1.5.1.5. of_find_node_with_property

功能 通过属性名查找指定节点 函数

struct device_node *of_find_node_with_property(struct device_node *from,const char *prop_name)

参数

@from：开始查找的节点，如果为NULL表示从根节点开始查找整个设备树
@type: 要查找的节点属性名称

返回值 找到的节点，如果为NULL表示查找失败。

1.5.2. 查找父 /子节点的 OF函数

1.5.2.1. of_get_parent

功能 函数用于获取指定节点的父节点(如果有父节点的话 ) 函数

struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node)

参数

@node:要查找父节点的节点

返回值 找到的父节点

1.5.2.2. of_get_next_available_child

功能 获取子节点，并跳过status = "disabled"的节点 函数

struct device_node *of_get_next_available_child(const struct device_node *node,struct device_node *prev)

参数

@node: 父节点
@prev:当前父节点的上一个子节点, 如果为空，则获取第一个子节点

返回值 找到的子节点

1.5.3. 提取属性值的 OF函数

Linux内核使用struct property来保存节点的属性，其定义在/include/linux/of.h中：

struct property {
 char  *name;      属性的名称
 int  length;      属性的长度
 void  *value;     属性的值
 struct property *next;   下一个属性
 unsigned long _flags;     
 unsigned int unique_id;
 struct bin_attribute attr;
};

1.5.3.1. of_find_property

功能 寻找指定的属性 函数

struct property *of_find_property(const struct device_node *np,
      const char *name,
      int *lenp)

参数

@np: 设备节点
@name:属性名称
@lenp:属性的字节数

返回值 找到的属性

1.5.3.2. 读取属性中u8、u16、u32和u64类型的数组数据

当设置sz为1时，就是读取一个数据，Linux内核也是这么封装的。

int of_property_read_u8_array(const struct device_node *np,
        const char *propname, u8 *out_values, size_t sz)
int of_property_read_u16_array(const struct device_node *np,
        const char *propname, u16 *out_values, size_t sz)
int of_property_read_u32_array(const struct device_node *np,
        const char *propname, u32 *out_values,size_t sz)
int of_property_read_u64(const struct device_node *np, const char *propname,
        u64 *out_value)

1.5.3.3. of_property_read_string

功能 找到并读取属性字符串 函数

int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname,const char **out_string)

参数

@np: 设备节点
@propname:属性名称
@out_string:读取的字符串

返回值

0：读取成功
-EINVAL：属性不存在
-ENODATA：属性没有这个值
-EILSEQ：字符串不是以空字符’\0’结尾

2. 设备树解析流程

2.1.内核启动并获取设备树

在uboot引导内核的时候，会将设备树在物理内存中的物理起始内存地址传递给Linux内核，然后Linux内核在unflattern_device_tree中解析设备镜像，并利用扫描到的信息创建由device node构成的链表，全局变量of_allnodes指向链表的根节点，设备树的每一个节点都由一个struct device_node与之对应。unflatten_device_tree的意思是解开设备树，在这个函数里调用了__unflatten_device_tree这一函数：

/**
 * __unflatten_device_tree - create tree of device_nodes from flat blob
 *
 * unflattens a device-tree, creating the
 * tree of struct device_node. It also fills the "name" and "type"
 * pointers of the nodes so the normal device-tree walking functions
 * can be used.
 * @blob: The blob to expand
 * @mynodes: The device_node tree created by the call
 * @dt_alloc: An allocator that provides a virtual address to memory
 * for the resulting tree
 */
static void __unflatten_device_tree(struct boot_param_header *blob,
        struct device_node **mynodes,
        void * (*dt_alloc)(u64 size, u64 align))

所以，现在为止，我们得到了一个名为of_allnodes的struct *device_node，它指向了设备树展开后的device_node树，后续的操作都是基于device_node树。

2.2.创建platform_device

内核从启动到创建设备的过程大致如下：在do_initcalls中会传递level给do_initcall_level来调用不同层次的初始化函数，level的对应关系见linux-3.10/include/linux/init.h 第196行。在这个初始化过程中，会调用一个customize_machine的函数。

2.3.Platform driver注册流程

此节分析Platform driver的注册流程，以memctrl驱动的注册为例分析。关于系统调用驱动初始化函数的流程分析，参考自动初始化机制章节。本章节分析从设备驱动文件的xxx_init函数开始分析。

2.3.1. struct platform_driver

platform_driver是在device_driver之上的一层封装，其结构如下：

struct platform_driver {
 int (*probe)(struct platform_device *);   探测函数
 int (*remove)(struct platform_device *);  驱动卸载时执行
 void (*shutdown)(struct platform_device *);  关机时执行函数
 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);  挂起函数
 int (*resume)(struct platform_device *);     恢复函数
 struct device_driver driver;           管理的driver对象
 const struct platform_device_id *id_table;   匹配时使用
};

2.3.2. struct device_driver

struct device_driver是系统提供的基本驱动结构：

struct device_driver {
 const char   *name;  驱动名称
 struct bus_type   *bus; 所属总线
 struct module   *owner; 模块拥有者
 const char   *mod_name; 内建的模块使用
 bool suppress_bind_attrs;  是否绑定到sysfs
 const struct of_device_id  *of_match_table; 设备树匹配表
 const struct acpi_device_id  *acpi_match_table; ACPI匹配表
 int (*probe) (struct device *dev);  探测设备
 int (*remove) (struct device *dev); 与设备脱离时调用
 void (*shutdown) (struct device *dev); 在关机时关闭设备
 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state); 使设备进入睡眠模式调用
 int (*resume) (struct device *dev);  唤醒设备时调用
 const struct attribute_group **groups; 自动创建的默认属性组
 const struct dev_pm_ops *pm;  设备的功耗管理
 struct driver_private *p; 驱动的私有数据
};

2.3.3. platform_driver_register

Platform_driver的注册接口是platform_driver_register，其定义如下：

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)
{
 drv->driver.bus = &platform_bus_type;  设置总线类型
 if (drv->probe)    确认定义了probe函数     
  drv->driver.probe = platform_drv_probe;  里面实际调用的是drv的probe函数
 if (drv->remove)
  drv->driver.remove = platform_drv_remove;
 if (drv->shutdown)
  drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;
 return driver_register(&drv->driver);
}

platform_driver_register接口是为注册总线驱动做一些准备工作，定义了总线类型，设置了driver的部分接口，最后driver_register会向总线注册驱动

2.3.4. driver_register

int driver_register(struct device_driver *drv)
{
 int ret;
 struct device_driver *other;
 BUG_ON(!drv->bus->p);
 if ((drv->bus->probe && drv->probe) ||
     (drv->bus->remove && drv->remove) ||
     (drv->bus->shutdown && drv->shutdown))
  printk(KERN_WARNING "Driver '%s' needs updating - please use "
   "bus_type methods\n", drv->name);
 other = driver_find(drv->name, drv->bus); 检查驱动是否已经注册
 if (other) {
  printk(KERN_ERR "Error: Driver '%s' is already registered, "
   "aborting...\n", drv->name);
  return -EBUSY;
 }
 ret = bus_add_driver(drv);   driver_register的主要工作放在了这里
 if (ret)
  return ret;
 ret = driver_add_groups(drv, drv->groups); 主要是在sysfs添加驱动属性
 if (ret) {
  bus_remove_driver(drv);
  return ret;
 }
 kobject_uevent(&drv->p->kobj, KOBJ_ADD);   涉及到uevent，暂时不分析
 return ret;
}

2.3.5. bus_add_driver

由以上分析可知，驱动的注册，重点在bus_add_driver（）函数，它会向总线添加驱动：

Drivers/base/bus.c
int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
{
 struct bus_type *bus;
 struct driver_private *priv;  包含与驱动相关的kobject和klist结构
 int error = 0;

 bus = bus_get(drv->bus);  获取设备所属的总线类型
 if (!bus)
  return -EINVAL;

 pr_debug("bus: '%s': add driver %s\n", bus->name, drv->name);

 priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL);
 if (!priv) {
  error = -ENOMEM;
  goto out_put_bus;
 }
 klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL);
 priv->driver = drv;
 drv->p = priv;
 priv->kobj.kset = bus->p->drivers_kset;
 error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL,
         "%s", drv->name);
 if (error)
  goto out_unregister;

 klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers);
 if (drv->bus->p->drivers_autoprobe) { 如果设置了自动探测
  error = driver_attach(drv);
  if (error)
   goto out_unregister;
 }
 module_add_driver(drv->owner, drv);

 error = driver_create_file(drv, &driver_attr_uevent);
 if (error) {
  printk(KERN_ERR "%s: uevent attr (%s) failed\n",
   __func__, drv->name);
 }
 error = driver_add_attrs(bus, drv);
 if (error) {
  /* How the hell do we get out of this pickle? Give up */
  printk(KERN_ERR "%s: driver_add_attrs(%s) failed\n",
   __func__, drv->name);
 }

 if (!drv->suppress_bind_attrs) {
  error = add_bind_files(drv);
  if (error) {
   /* Ditto */
   printk(KERN_ERR "%s: add_bind_files(%s) failed\n",
    __func__, drv->name);
  }
 }

 return 0;

out_unregister:
 kobject_put(&priv->kobj);
 kfree(drv->p);
 drv->p = NULL;
out_put_bus:
 bus_put(bus);
 return error;
}

2.3.6. driver_attach

driver_attach会尝试绑定设备和驱动。编译总线上的所有设备，然驱动挨个尝试匹配，如果driver_probe_device()返回0且@dev->driver被设置，就代表找到了一对兼容的设备驱动。

int driver_attach(struct device_driver *drv)
{
 return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(driver_attach);

2.3.7. __driver_attach

对于每一个总线的设备，driver_attach都会调用__driver_attach来尝试与驱动匹配。

static int __driver_attach(struct device *dev, void *data)
{
 struct device_driver *drv = data;

 /*
  * Lock device and try to bind to it. We drop the error
  * here and always return 0, because we need to keep trying
  * to bind to devices and some drivers will return an error
  * simply if it didn't support the device.
  *
  * driver_probe_device() will spit a warning if there
  * is an error.
  */

 if (!driver_match_device(drv, dev))  匹配设备和驱动，这里调用的是platform_match
  return 0;

 if (dev->parent) /* Needed for USB */
  device_lock(dev->parent);
 device_lock(dev);  设置互斥锁，防止其他进程访问设备资源
 if (!dev->driver)  
如果设备没有驱动，则为设备探测驱动，这个函数与注册设备调用的是同一个函数
  driver_probe_device(drv, dev);  
 device_unlock(dev);
 if (dev->parent)
  device_unlock(dev->parent);

 return 0;
}

driver_probe_device里调用really_probe函数，并在really_probe中调用驱动文件中的probe函数，对于memctrl驱动而言，就是xxxx_memctrl_probe函数。至此，platfprm driver就注册好了。

2.4.Platform Bus的匹配原则

由以上的代码分析得知，注册platform device时，会调用__device_attach -> driver_match_device,注册platform driver时，会调用__driver_attach -> driver_match_device,也就是说设备和驱动都会调用到这个函数：

static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv,
          struct device *dev)
{
 return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;
}

drv->bus->match，这是驱动绑定的总线提供的匹配函数，这里注册的是platform总线设备，而platform总线的定义参考3.2.6 platform_bus_type。Platform对应的match函数为：platform_match：

static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

 /* Attempt an OF style match first */
 if (of_driver_match_device(dev, drv))
  return 1;

 /* Then try ACPI style match */
 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
  return 1;

 /* Then try to match against the id table */
 if (pdrv->id_table)
  return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

 /* fall-back to driver name match */
 return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}

2.4.1. of_driver_match_device

根据驱动的of_match_table判断是否有驱动与之匹配。对memctrl驱动而言，其of_match_table如下：

static struct of_device_id xxxx_memctrl_of_match[] = {
 { .compatible = "xxxx,memctrl", },
   {},
};

of_driver_match_device的执行流程如下：

所以重点应该在__of_match_node函数：

2.4.1.1. __of_match_node

static const struct of_device_id *__of_match_node(const struct of_device_id *matches, const struct device_node *node)
{
 if (!matches)
  return NULL;

 while (matches->name[0] || matches->type[0] || matches->compatible[0]) {
  int match = 1;
  if (matches->name[0])   查找名字
       match &= node->name && !strcmp(matches->name, node->name);
  if (matches->type[0])   查找类型
       match &= node->type && !strcmp(matches->type, node->type);
  if (matches->compatible[0])  查找属性，检测节点的compatible是否与驱动的一致
       match &= __of_device_is_compatible(node, matches->compatible);
  if (match)
       return matches;
      matches++;
 }
 return NULL;
}

3. 使用设备资源

4. 自动初始化机制

4.1.编译到内核

4.1.1. module_init宏展开

Linux中每一个模块都有一个module_init函数，并且有且只有一个，其定义如下：

/**
 * module_init() - driver initialization entry point
 * @x: function to be run at kernel boot time or module insertion
 * 
 * module_init() will either be called during do_initcalls() (if
 * builtin) or at module insertion time (if a module).  There can only
 * be one per module.
 */
#define module_init(x) __initcall(x);

__initcall(x)定义如下：

#define __initcall(fn) device_initcall(fn)

device_initcall(fn)定义如下：

#define device_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 6)

__define_initcall的定义如下：

/* initcalls are now grouped by functionality into separate 
 * subsections. Ordering inside the subsections is determined
 * by link order. 
 * For backwards compatibility, initcall() puts the call in 
 * the device init subsection.
 *
 * The `id' arg to __define_initcall() is needed so that multiple initcalls
 * can point at the same handler without causing duplicate-symbol build errors.
 */
 
#define __define_initcall(fn, id) \
 static initcall_t __initcall_##fn##id __used \
 __attribute__((__section__(".initcall" #id ".init"))) = fn

Initcalls现在按照功能分组到单独的子部分。子部分内部的顺序由链接顺序决定。为了向后兼容，initcall()将调用放到device init小节中。需要定义initcall()的’id’参数，以便多个initcall可以指向同一个处理程序，而不会导致重复符号构建错误。若不理解上述代码的用法，可以参考__attribute__的section用法和C语言宏定义中#和##的用法。所以将__define_initcall展开将会是下面的内容：

假设__define_initcall(led_init, 6)
Static initcall_t __initcall_led_init6 __used \
__attribute__((__section__(".initcall6.init"))) = led_init

即是定义了一个类型为initcall_t的函数指针变量__initcall_led_init6，并赋值为led_init，该变量在链接时会链接到section(.initcall6.init)。

4.1.2. 链接脚本

在linux3.10/arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S中：

......
SECTIONS  /* line 54 */
{
......
 .init.data : { /* line 202 */
#ifndef CONFIG_XIP_KERNEL
  INIT_DATA
#endif
  INIT_SETUP(16)
  INIT_CALLS
  CON_INITCALL
  SECURITY_INITCALL
  INIT_RAM_FS
 }
......
}

在linux3.10/include/asm-generic/vmlinux.lds.h中：

#define VMLINUX_SYMBOL(x) __VMLINUX_SYMBOL(x)
#define __VMLINUX_SYMBOL(x) x
...... /* line 664 */
#define INIT_CALLS_LEVEL(level)      \
  VMLINUX_SYMBOL(__initcall##level##_start) = .;  \
  *(.initcall##level##.init)    \
  *(.initcall##level##s.init)    \

#define INIT_CALLS       \
  VMLINUX_SYMBOL(__initcall_start) = .;   \
  *(.initcallearly.init)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(0)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(1)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(2)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(3)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(4)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(5)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(rootfs)    \
  INIT_CALLS_LEVEL(6)     \
  INIT_CALLS_LEVEL(7)     \
  VMLINUX_SYMBOL(__initcall_end) = .;
......

所以 INIT_CALLS_LEVEL(6)会展开为：

__initcall6_start = .;  *(.initcall6.init)   *(.initcall6s.init)

所以__initcall_led_init6会链接到

section(.initcall6.init)

4.1.3. 初始化

内核启动流程为：

do_initcall_level的主要内容如下：

/* linux3.10/init/main.c line 744 */
static void __init do_initcall_level(int level)
{
.....
 for (fn = initcall_levels[level]; fn < initcall_levels[level+1]; fn++)
          do_one_initcall(*fn);
}

由代码可知，内核会依次调用level段存储的初始化函数。比如对于模块来说level等于6。

4.2.动态加载的模块(.ko)

4.2.1. Module_init展开

如果设置为编译成动态加载的模块(.ko),module_init的展开形式与编译到内核不一样。

/* Each module must use one module_init(). */
#define module_init(initfn)     \
 static inline initcall_t __inittest(void)  \   检查定义的函数是否符合initcall_t类型
 { return initfn; }     \
 int init_module(void) __attribute__((alias(#initfn)));

alias属性是GCC的特有属性，将定义init_module为函数initfn的别名，所以module_init(initfn)的作用就是定义一个变量名 init_module，其地址和initfn是一样的。

4.2.2. *mod.c文件

编译成module的模块都会自动产生一个*.mod.c的文件，例如：

struct module __this_module
__attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
.name = KBUILD_MODNAME,
.init = init_module,
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
.exit = cleanup_module,
#endif
.arch = MODULE_ARCH_INIT,
};

即定义了一个类型为module的全局变量__this_module，其成员.init就是上文由module_init定义的init_module变量。并且__this_module会被链接到 section(".gnu.linkonce.this_module")。

4.2.3. 动态加载

insmod是busybox提供的用户层命令：路径busybox/modutils/ insmod.c

insmod_main
bb_init_module
init_module

路径busybox/modutils/modutils.c：

#define init_module(mod, len, opts) .\
syscall(__NR_init_module, mod, len, opts)该系统调用对应内核层的sys_init_module函数

路径：kernel/module.c

SYSCALL_DEFINE3(init_module,…)

//加载模块的ko文件，并解释各个section，重定位
mod = load_module(umod, len, uargs);

//查找section(".gnu.linkonce.this_module")
modindex = find_sec(hdr, sechdrs, secstrings,".gnu.linkonce.this_module");

//找到Hello_module.mod.c定义的module数据结构
mod = (void *)sechdrs[modindex].sh_addr;

if (mod->init != NULL)
ret = do_one_initcall(mod->init); //调用initfn.

4.3.__attribute__的section用法

__define_initcall使用了gcc的 __attribute__众多属性中的section子项，其使用方式为：

__attribute__((__section__("section_name")))

其作用是将作用的函数或数据放入指定的名为”section_name”的段。

4.4. C语言宏定义中#和##的用法

4.4.1. 一般用法

我们使用#把宏参数变为一个字符串。

#define PRINT(FORMAT,VALUE)\
printf("The value of"#VALUE"is " FORMAT"\n",VALUE) 

调用：printf("%d",x+3);     -->     打印：The value of x+3 is 20

这是因为”The value of”#VALUE”is ” FORMAT”\n”实际上是包含了”The value of “,#VALUE,”is “,FORMAT,”\n” 五部分字符串，其中VALUE和FORMAT被宏参数的实际值替换了。

用##把两个宏参数贴合在一起

#define ADD_TO_SUM(sum_number,val) sum##sum_bumber+=(val)

调用：ADD_TO_SUM(2,100);     -->     打印：sum2+=(100)

需要注意的是凡宏定义里有用'#'或'##'的地方宏参数是不会再展开。

4.4.2. '#'和'##'的一些应用特例

1. 合并匿名变量名

#define  ___ANONYMOUS1(type, var, line)  type  var##line 
#define  __ANONYMOUS0(type, line)  ___ANONYMOUS1(type, _anonymous, line) 
#define  ANONYMOUS(type)  __ANONYMOUS0(type, __LINE__) 

例：ANONYMOUS(static int);  即 static int _anonymous70;  70表示该行行号；第一层：ANONYMOUS(static int); -->  __ANONYMOUS0(static int, LINE); 第二层：                           -->  ___ANONYMOUS1(static int, _anonymous, 70); 第三层：                           -->  static int  _anonymous70; 即每次只能解开当前层的宏，所以__LINE__在第二层才能被解开；

2. 填充结构

#define  FILL(a)   {a, #a} 
enum IDD{OPEN, CLOSE}; 
typedef struct MSG{ 
  IDD id; 
  const char  msg; 
}MSG; 
MSG _msg[] = {FILL(OPEN), FILL(CLOSE)}; 

相当于：

MSG _msg[] = {{OPEN, OPEN}, 
              {CLOSE, CLOSE}}; 

3. 记录文件名

#define  _GET_FILE_NAME(f)   #f 
#define  GET_FILE_NAME(f)    _GET_FILE_NAME(f) 
static char  FILE_NAME[] = GET_FILE_NAME(__FILE__); 

4. 得到一个数值类型所对应的字符串缓冲大小

#define  _TYPE_BUF_SIZE(type)  sizeof #type 
#define  TYPE_BUF_SIZE(type)   _TYPE_BUF_SIZE(type) 
char  buf[TYPE_BUF_SIZE(INT_MAX)]; 
     --  char  buf[_TYPE_BUF_SIZE(0x7fffffff)]; 
     --  char  buf[sizeof 0x7fffffff]; 

这里相当于：

char  buf[11];