Linux--平台设备、平台驱动的注册源码分析

一、设备和驱动的注册

设备注册两种方式：

1、从设备树解析动态注册。设备树dts文件中定义了设备节点，描述了硬件信息，比如寄存器信息，引脚信息等，内核将从设备树中解析得到的platform_device注册到平台总线中。具体设备树在内核中的编译流程可以看设备树的概念、设备树如何变成device、与driver的匹配_驱动和设备树的匹配过程-CSDN博客

2、在入口函数中，驱动程序中静态注册平台设备到平台总线上。

static int __init vivid_init(void)
{
	int ret;

	ret = platform_device_register(&vivid_pdev);/*设备注册*/
	if (ret)
		return ret;

	ret = platform_driver_register(&vivid_pdrv);/*驱动注册*/
	if (ret)
		platform_device_unregister(&vivid_pdev);

	return ret;
}

驱动注册的一种方式：

        在驱动程序的入口函数中注册

二、注册函数源码分析：

（基于Linux6.8.8.8内核版本的vivid-core.c驱动程序）

1、设备注册platform_device_register

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)
{
	device_initialize(&pdev->dev);
	setup_pdev_dma_masks(pdev);
	return platform_device_add(pdev);
}

device_initialize(&pdev->dev)；

void device_initialize(struct device *dev)
{
	dev->kobj.kset = devices_kset;
	kobject_init(&dev->kobj, &device_ktype);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_pools);
	mutex_init(&dev->mutex);
	lockdep_set_novalidate_class(&dev->mutex);
	spin_lock_init(&dev->devres_lock);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->devres_head);
	device_pm_init(dev);
	set_dev_node(dev, NUMA_NO_NODE);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->links.consumers);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->links.suppliers);
	INIT_LIST_HEAD(&dev->links.defer_sync);
	dev->links.status = DL_DEV_NO_DRIVER;
#if defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_DEVICE) || \
    defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_CPU) || \
    defined(CONFIG_ARCH_HAS_SYNC_DMA_FOR_CPU_ALL)
	dev->dma_coherent = dma_default_coherent;
#endif
	swiotlb_dev_init(dev);
}

device_initialize 函数的作用是初始化 struct device 的各个成员变量，确保设备在添加到系统时处于一个已知的良好状态。通过初始化 kobject、互斥锁、设备资源列表、电源管理、NUMA 节点和 DMA 设置等，各个部分协同工作，确保设备能被内核正确管理和使用

platform_device_add(pdev)是关键函数

int platform_device_add(struct platform_device *pdev)
{
	struct device *dev = &pdev->dev;
	u32 i;
	int ret;

	if (!dev->parent)
		dev->parent = &platform_bus;

	dev->bus = &platform_bus_type;

	switch (pdev->id) {
	default:
		dev_set_name(dev, "%s.%d", pdev->name,  pdev->id);
		break;
	case PLATFORM_DEVID_NONE:
		dev_set_name(dev, "%s", pdev->name);
		break;
	case PLATFORM_DEVID_AUTO:
		/*
		 * Automatically allocated device ID. We mark it as such so
		 * that we remember it must be freed, and we append a suffix
		 * to avoid namespace collision with explicit IDs.
		 */
		ret = ida_alloc(&platform_devid_ida, GFP_KERNEL);
		if (ret < 0)
			return ret;
		pdev->id = ret;
		pdev->id_auto = true;
		dev_set_name(dev, "%s.%d.auto", pdev->name, pdev->id);
		break;
	}

	for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {
		struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];

		if (r->name == NULL)
			r->name = dev_name(dev);

		p = r->parent;
		if (!p) {
			if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)
				p = &iomem_resource;
			else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)
				p = &ioport_resource;
		}

		if (p) {
			ret = insert_resource(p, r);
			if (ret) {
				dev_err(dev, "failed to claim resource %d: %pR\n", i, r);
				goto failed;
			}
		}
	}

	pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n", dev_name(dev),
		 dev_name(dev->parent));

	ret = device_add(dev);
	if (ret)
		goto failed;

	return 0;

 failed:
	if (pdev->id_auto) {
		ida_free(&platform_devid_ida, pdev->id);
		pdev->id = PLATFORM_DEVID_AUTO;
	}

	while (i--) {
		struct resource *r = &pdev->resource[i];
		if (r->parent)
			release_resource(r);
	}

	return ret;
}

platform_device_add 函数是将一个平台设备添加到系统中的关键函数。它的主要作用是将一个 platform_device 结构体注册到内核，使其成为内核设备模型的一部分。以下是对该函数的详细解释：

函数重点步骤

  1. 设备总线类型设置：

    dev->bus = &platform_bus_type;

    将设备的总线类型设置为 platform_bus_type。

  2. 设备名称设置： 根据 pdev->id 设置设备的名称。

  3. 资源管理： 为每个资源设置名称，并将其插入合适的父资源中。

    for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {
    struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];

    if (r->name == NULL)
        r->name = dev_name(dev);

    p = r->parent;
    if (!p) {
        if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)
            p = &iomem_resource;
        else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)
            p = &ioport_resource;
    }

    if (p) {
        ret = insert_resource(p, r);
        if (ret) {
            dev_err(dev, "failed to claim resource %d: %pR\n", i, r);
            goto failed;
        }
    }
}

  4. 设备注册： 将设备添加到系统中

    pr_debug("Registering platform device '%s'. Parent at %s\n", dev_name(dev),
         dev_name(dev->parent));

ret = device_add(dev);
if (ret)
    goto failed;

return 0;

  5. 错误处理： 如果在注册设备时发生错误，释放已分配的资源和ID。

关键函数和结构体
  • device_add：将设备添加到内核设备模型中。
  • dev_set_name：设置设备的名称。
  • ida_alloc 和 ida_free：用于分配和释放ID。
  • insert_resource 和 release_resource：用于管理设备资源。
  • pr_debug 和 dev_err：用于打印调试和错误信息。

2、驱动注册platform_driver_register

int __platform_driver_register(struct platform_driver *drv,
				struct module *owner)
{
	drv->driver.owner = owner;
	drv->driver.bus = &platform_bus_type;

	return driver_register(&drv->driver);
}

设置驱动总线为平台总线

driver_register(&drv->driver);

是向平台总线注册驱动的底层实现函数。

int driver_register(struct device_driver *drv)
{
	int ret;
	struct device_driver *other;

	// 检查驱动程序要注册的总线是否已经注册
	if (!bus_is_registered(drv->bus)) {
		pr_err("Driver '%s' was unable to register with bus_type '%s' because the bus was not initialized.\n",
			   drv->name, drv->bus->name);
		return -EINVAL; // 如果总线未初始化，返回参数无效的错误码
	}

	// 检查是否存在相同名称的驱动程序已经注册
	other = driver_find(drv->name, drv->bus);
	if (other) {
		pr_err("Error: Driver '%s' is already registered, aborting...\n", drv->name);
		return -EBUSY; // 如果已经存在同名驱动程序注册，返回设备忙的错误码
	}

	// 如果驱动程序的方法与总线的方法有冲突，发出警告
	if ((drv->bus->probe && drv->probe) ||
	    (drv->bus->remove && drv->remove) ||
	    (drv->bus->shutdown && drv->shutdown))
		pr_warn("Driver '%s' needs updating - please use bus_type methods\n", drv->name);

	// 将驱动程序添加到总线中
	ret = bus_add_driver(drv);
	if (ret)
		return ret; // 如果添加驱动程序到总线失败，直接返回错误码

	// 添加驱动程序的组属性（groups）
	ret = driver_add_groups(drv, drv->groups);
	if (ret) {
		bus_remove_driver(drv); // 如果添加组属性失败，则移除驱动程序
		return ret; // 返回错误码
	}

	// 发送内核事件通知，表明驱动程序已添加
	kobject_uevent(&drv->p->kobj, KOBJ_ADD);

	// 延迟探测扩展超时时间
	deferred_probe_extend_timeout();

	return ret; // 返回操作的结果码（通常为0表示成功）
}
ret = bus_add_driver(drv);
int bus_add_driver(struct device_driver *drv)
{
	struct subsys_private *sp = bus_to_subsys(drv->bus); // 获取总线对应的子系统私有数据结构
	struct driver_private *priv;
	int error = 0;

	if (!sp)
		return -EINVAL; // 如果获取的子系统私有数据结构为空，则返回参数无效的错误码

	pr_debug("bus: '%s': add driver %s\n", sp->bus->name, drv->name); // 打印调试信息，表示正在向总线添加驱动程序

	priv = kzalloc(sizeof(*priv), GFP_KERNEL); // 分配驱动程序私有数据结构内存
	if (!priv) {
		error = -ENOMEM;
		goto out_put_bus; // 如果内存分配失败，则返回内存不足的错误码
	}
	klist_init(&priv->klist_devices, NULL, NULL); // 初始化设备列表
	priv->driver = drv; // 设置驱动程序指针
	drv->p = priv; // 将驱动程序私有数据结构指针保存到驱动程序中
	priv->kobj.kset = sp->drivers_kset; // 设置驱动程序的 kobject 所属的 kset

	// 初始化并添加驱动程序的 kobject 到内核对象模型中
	error = kobject_init_and_add(&priv->kobj, &driver_ktype, NULL, "%s", drv->name);
	if (error)
		goto out_unregister; // 如果初始化并添加失败，则跳转到解注册操作

	// 将驱动程序私有数据结构添加到总线的驱动程序列表中
	klist_add_tail(&priv->knode_bus, &sp->klist_drivers);

	// 如果总线支持自动探测，则尝试附加驱动程序
	if (sp->drivers_autoprobe) {
		error = driver_attach(drv);
		if (error)
			goto out_del_list; // 如果附加失败，则跳转到删除列表操作
	}

	// 将驱动程序的 owner 添加到模块的驱动程序列表中
	module_add_driver(drv->owner, drv);

	// 添加驱动程序的 uevent 文件属性
	error = driver_create_file(drv, &driver_attr_uevent);
	if (error) {
		printk(KERN_ERR "%s: uevent attr (%s) failed\n", __func__, drv->name);
	}

	// 添加驱动程序的组属性
	error = driver_add_groups(drv, sp->bus->drv_groups);
	if (error) {
		printk(KERN_ERR "%s: driver_add_groups(%s) failed\n", __func__, drv->name);
	}

	// 如果驱动程序不抑制绑定文件属性，则添加绑定文件属性
	if (!drv->suppress_bind_attrs) {
		error = add_bind_files(drv);
		if (error) {
			printk(KERN_ERR "%s: add_bind_files(%s) failed\n", __func__, drv->name);
		}
	}

	return 0; // 返回成功

out_del_list:
	klist_del(&priv->knode_bus); // 从总线驱动程序列表中删除驱动程序
out_unregister:
	kobject_put(&priv->kobj); // 取消驱动程序的 kobject
out_put_bus:
	kfree(priv); // 释放驱动程序私有数据结构内存
	return error; // 返回操作错误码
}

三、平台总线：

总线通信都是有协议的。类似一条高速公路分为物理总线和虚拟总线
物理总线(现实中看的见的)： i2c总线，spi总线，usb总线等，连接两个设备
虚拟总线(内核中)：平台总线，连接两个对象
给两个对象提供一个匹配的平台，一个驱动可以匹配多个设备。

平台总线（Platform Bus）是 Linux 内核中用于管理和连接平台设备（Platform Devices）和平台驱动（Platform Drivers）的一种总线类型。平台总线是内核的一部分，用于处理那些与特定总线（如 PCI、USB 等）无关的设备。这些设备通常是片上系统（SoC）的一部分，通过内存映射 I/O 或直接连接到 CPU。

总线结构体如下：

struct bus_type {
    const char        *name;                   // 总线名称
    const char        *dev_name;               // 设备名称格式
    struct device     *dev_root;               // 根设备（可选）
    struct bus_attribute    *bus_attrs;        // 总线属性
    struct device_attribute *dev_attrs;        // 设备属性
    struct driver_attribute *drv_attrs;        // 驱动属性

    int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);   // 设备和驱动匹配函数
    int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env); // 热插拔事件
    int (*probe)(struct device *dev);          // 驱动探测函数
    int (*remove)(struct device *dev);         // 驱动移除函数
    void (*shutdown)(struct device *dev);      // 设备关闭函数

    int (*online)(struct device *dev);         // 设备上线函数
    int (*offline)(struct device *dev);        // 设备下线函数

    struct bus_type_private *p;                // 私有数据
    struct kset kset;                          // kobject 集合
    struct klist klist_devices;                // 设备列表
    struct klist klist_drivers;                // 驱动列表
};

注册一个平台总线实例如下：

struct bus_type platform_bus_type = {
	.name		= "platform",
	.dev_groups	= platform_dev_groups,
	.match		= platform_match,
	.uevent		= platform_uevent,
	.probe		= platform_probe,
	.remove		= platform_remove,
	.shutdown	= platform_shutdown,
	.dma_configure	= platform_dma_configure,
	.dma_cleanup	= platform_dma_cleanup,
	.pm		= &platform_dev_pm_ops,
};

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