深入解析Linux下 Platform_device 及Platform_driver

[导读] 前文分析了Linux设备驱动的驱动模型，本文来聊聊Platform_driver/Platform_device这个类。做嵌入式Linux的驱动，这个也是绕不开的，所以来学习分析总结一下。

上文阅读：

注：代码分析基于linux-5.4.31

为什么有Platform_driver

前文谈到的总线驱动模型（注这个图是照着bootlin的文档绘制的）：

同时，根据代码分析其基础数据结构框架关系如下（UML关系并不严谨，仅为理解方便）：

可见驱动程序的模型分层有一层总线基础层，那么对于嵌入式开发领域而言，有很多SOC芯片内置了各种外设，并比如LCD，UART、audio、摄像头口等等，并没有总线。为了统一驱动架构抽象，所以引入了platform bus这个虚拟的总线模型。做过嵌入式开发的人应该都有体会，这类设备在嵌入式系统中非常多，所以在研究具体某类设备的驱动开发之前，有必要研究platform 设备的驱动模型。在强调一下这个是统一在总线驱动模型这个体系内的。

驱动模型的实现

定义在./include/linux/platform_device.h中，来梳理一下这些数据结构间的关系：

platform_device 用于抽象平台设备
platform_driver 用于抽象匹配平台设备对应的驱动程序
通过继承演化关系分析，platform_device/platform_driver 仍然统一于总线驱动模型，只是虚拟出来了一条platform bus这样一条虚拟总线。
platform_bus在哪里实现的呢？该模块的实现位于./driver/base/platform.c中

struct device platform_bus = {
    .init_name    = "platform",
};

platform.c导出了一系列内核全局操作接口集：

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_register);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_probe);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_resource_byname);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_irq_byname);
....

那么既然这条总线并不存在，往往并不能实现设备枚举、热插拔等功能。
既然不能利用总线自动枚举，那么底层又是怎么玩的呢？实际上可选的有这样几种方式
- 通过内核代码静态描述实现
- 通过设备树进行匹配加载
- BIOS ACPI表(X86/PC体系)
平台设备是通常在系统中显示为自治实体的设备。这包括基于旧端口的设备和到外围总线的主机桥接，以及集成到片上系统平台中的大多数控制器。它们通常的共同点是从CPU总线直接寻址。很少有platform_device通过某种其他类型的总线的一部分连接的。但其寄存器仍将直接可寻址。

设备探测

probe()通常应该验证指定的设备硬件确实存在;有时平台设置代码不能确定。该函数用于检测可以使用设备资源，包括时钟和设备platform_data。
设备的注册则是通过下面函数实现

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv);

设备命令以及绑定

platform_device.dev.bus_id 设备名由两个部分组成
- platform_device.name 用于驱动匹配
- platform_device.id 设备实例号，或者用“-1”表示只有一个实例
- 如"serial/0“ 表示 bus_id "serial.0"，"serial/3“ 表示 bus_id "serial.3"
驱动程序绑定由驱动程序核心自动执行，在发现设备和驱动程序之间的匹配之后调用驱动程序probe()。如果probe()成功，驱动程序和设备将像往常一样绑定。有三种不同的方法来找到这样的匹配:
- 每当注册一个设备时，就会检查该总线的驱动程序是否匹配。平台设备应该在系统启动时尽早注册.
- 当使用platform_driver_register()注册一个驱动程序时，将检查总线上所有未绑定的设备是否匹配。驱动程序通常在引导期间稍后注册，或者通过模块加载注册。
- 使用platform_driver_probe()注册驱动程序与使用platform_driver_register()一样，不同的是，如果以后有其他设备注册，驱动程序不会被探测。

资源机制

每个由特定驱动程序管理的设备通常使用不同的硬件资源:I/O寄存器地址、DMA通道、IRQ线路等。
struct resource就是用于抽象描述驱动程序需要用到的硬件资源，struct resource 被包进platform_device，实现与 struct platform_device关联。
允许驱动程序被实例化为多个功能类似的设备，但具有不同的地址、irq等。
硬件资源如时针、IO口等的分配现在基本基于设备树，对于设备树这里不展开，后面有机会总结分享，这里举个栗子：

uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,omap3-uart";
    ti,hwmods = "uart1";
    clock-frequency = <48000000>;
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <72>;
    status = "disabled";
};

platform_driver实例

以samsung.c 串口驱动程序为例：

/*兼容匹配表*/
static const struct platform_device_id s3c24xx_serial_driver_ids[] = {
    {
        .name        = "s3c2410-uart",
        .driver_data    = S3C2410_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "s3c2412-uart",
        .driver_data    = S3C2412_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "s3c2440-uart",
        .driver_data    = S3C2440_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "s3c6400-uart",
        .driver_data    = S3C6400_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "s5pv210-uart",
        .driver_data    = S5PV210_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "exynos4210-uart",
        .driver_data    = EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA,
    }, {
        .name        = "exynos5433-uart",
        .driver_data    = EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA,
    },
    { },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(platform, s3c24xx_serial_driver_ids);

#ifdef CONFIG_OF
/*设备树对应解析匹配表*/
static const struct of_device_id s3c24xx_uart_dt_match[] = {
    { .compatible = "samsung,s3c2410-uart",
        .data = (void *)S3C2410_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,s3c2412-uart",
        .data = (void *)S3C2412_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,s3c2440-uart",
        .data = (void *)S3C2440_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,s3c6400-uart",
        .data = (void *)S3C6400_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,s5pv210-uart",
        .data = (void *)S5PV210_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,exynos4210-uart",
        .data = (void *)EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA },
    { .compatible = "samsung,exynos5433-uart",
        .data = (void *)EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, s3c24xx_uart_dt_match);
#endif
/*串口设备驱动实体*/
static struct platform_driver samsung_serial_driver = {
    .probe        = s3c24xx_serial_probe,
    .remove        = s3c24xx_serial_remove,
    .id_table    = s3c24xx_serial_driver_ids,
    .driver        = {
        .name    = "samsung-uart",
        .pm    = SERIAL_SAMSUNG_PM_OPS,
        .of_match_table    = of_match_ptr(s3c24xx_uart_dt_match),
    },
};

总结一下

对于做嵌入式Linux驱动开发，个人体会是先对总线驱动模型有一个相对清晰的概念认识会比较好，而平台设备以及平台设备驱动模型同样是衍生于总线驱动模型，这样从体系结构上就变得相对统一了。平台设备及驱动在嵌入式系统里大量应用，很多SOC内置了大量丰富的各类设备接口，这些接口往往都是通过处理器内部总线进行直接寻址的，这类型的设备几乎都是通过平台设备及驱动模型进行抽象实施的，所以深入理解平台设备/平台设备驱动模型，无疑对开发此类设备驱动程序大有助益。
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