[问答] sysfs platform总线

脑洞大赛20 ( 楼主 ) 2018-6-26 05:43:32  显示全部楼层
本帖最后由 一只耳朵怪 于 2018-6-26 09:56 编辑

sysfs 文件系统linux2.6内核引入sysfs文件系统,sysfs可以看成与proc,devfs和devpty同类别的文件系统,该文件系统是虚拟的文件系统,可以更方便对系统设备进行管理。它可以产生一个包含所有系统硬件层次视图,与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。sysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件,它们可以由用户空间存取,向用户空间导出内核的数据结构以及它们的属性。sysfs的一个目的就是展示设备驱动模型中各组件的层次关系,其顶级目录包括block,bus,drivers,class,power和firmware等.

它把实际连接到系统上的设备和总线组织成一个分级的文件,用户空间的程序同样可以利用这些信息以实现和内核的交互,该文件系统是当前系统上实际设备树的一个直观反应,它是通过kobject子系统来建立这个信息的,当一个kobject被创建的时候,对应的文件和目录也就被创建了,位于 /sys下的相关目录下,既然每个设备在sysfs中都有唯一对应的目录,那么也就可以被用户空间读写了。你可能根本没有去关心过sysfs文件系统的挂载过程,它是这样被挂载的。mount -t sysfs sysfs /sys
sysfs是一个特殊文件系统,并没有一个实际存放文件的介质。sysfs的信息来源是kobject层次结构,读一个sysfs文件,就是动态的从kobject结构提取信息,生成文件。重启后里面的信息当然就没了
sysfs文件系统与kobject结构紧密关联,每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。Kobject 是Linux 2.6引入的新的设备管理机制,在内核中由struct kobject表示。通过这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口,kobject提供基本的对象管理,是构成Linux2.6设备模型的核心结构,Kobject是组成设备模型的基本结构。类似于C++中的基类,它嵌入于更大的对象的对象中,用来描述设备模型的组件。如bus,devices, drivers 等。都是通过kobject连接起来了,形成了一个树状结构。这个树状结构就与/sys向对应。
sysfs就是利用VFS的接口去读写kobject的层次结构,建立起来的文件系统。 kobject的层次结构的注册与注销XX_register()形成的。文件系统是个很模糊广泛的概念, linux把所有的资源都看成是文件,让用户通过一个统一的文件系统操作界面,也就是同一组系统调用,对属于不同文件系统的文件进行操作。这样,就可以对用户程序隐藏各种不同文件系统的实现细节,为用户程序提供了一个统一的,抽象的,虚拟的文件系统界面,这就是所谓"VFS(Virtual Filesystem Switch)"。这个抽象出来的接口就是一组函数操作。
我们要实现一种文件系统就是要实现VFS所定义的一系列接口,file_operations, dentry_operations, inode_operations等,供上层调用。file_operations是描述对每个具体文件的操作方法(如:读,写),dentry_operations结构体指明了VFS所有目录的操作方法, 而inode_operations提供所有结点的操作方法。
举个例子,我们写C程序,open(“hello.c”, O_RDONLY),它通过系统调用的流程是这样的
open() -> 系统调用-> sys_open() -> filp_open()-> dentry_open() -> file_operations->open()         
不同的文件系统,调用不同的file_operations->open(),在sysfs下就是sysfs_open_file()。
我们使用不同的文件系统,就是将它们各自的文件信息都抽象到dentry和inode中去。这样对于高层来说,我们就可以不关心底层的实现,我们使用的都是一系列标准的函数调用。这就是VFS的精髓,实际上就是面向对象。
注意sysfs是典型的特殊文件。它存储的信息都是由系统动态的生成的,它动态的包含了整个机器的硬件资源情况。从sysfs读写就相当于向 kobject层次结构提取数据。

Linux内核驱动的的platform机制
虚拟总线platform简介


 从Linux 2.6起引入了一套新的驱动管理和注册机制:platform_device和platform_driver。Linux中大部分的设备驱动,都可以使用这套机制,设备用platform_device表示,驱动用platform_driver进行注册。
 Linux platform. driver机制和传统的device driver 机制(通过driver_register函数进行注册)相比,一个十分明显的优势在于platform机制将设备本身的资源注册进内核,由内核统一管理,在驱动程序中使用这些资源时通过platform. device提供的标准接口进行申请并使用。这样提高了驱动和资源管理的独立性,并且拥有较好的可移植性和安全性(这些标准接口是安全的)。platform机制的本身使用并不复杂,由两部分组成:platform_device和platfrom_driver。通过platform机制开发底层设备驱动的大致流程如图所示。



platform_device简介


linux发明的platform虚拟总线,相应的设备叫做
platform_device,相应的驱动叫做

platfrom_driver。



    platform_device结构体描述设备的名称、资源信息等。该结构被定include/linux/platform_device.h中,     定义的结构体原型如下:


        struct platform_device {


               const char * name;    //定义平台设备的名称


               int id;


               struct device dev;


               u32 num_resources;


               struct resource * resource; //定义平台设备的资源。


        };


    最重要的一个成员struct resource * resource。struct resource被定义在include/linux/ioport.h中,定义原型如下:


       struct resource {


               resource_size_t start;  //定义资源的起始地址


               resource_size_t end;  //定义资源的结束地址


               const char *name;    //定义资源的名称


               unsigned long flags; //定义资源的类型,比如MEM,IO,IRQ,DMA类型


               struct resource *parent, *sibling, *child;  //资源链表指针


        };


    以RTC驱动为例(为什么用RTC,RTC是一个标准的plartform device,机制是相同的,但是相对比较简单)
     在arch/arm/mach-sep4020/devices.c中加入rtc的plartform_device结构体和resources结构体:
         static struct resource sep4020_rtc_resource[] = {
              [0] = { .start = RTC_BASE_V,
                      .end   = RTC_BASE_V+ 0x2f,
                      .flags = IORESOURCE_MEM,
                    }
              [1] = {
                      .start = INTSRC_RTC,
                      .end   = INTSRC_RTC,
                      .flags = IORESOURCE_IRQ,
                    }
        };
        struct platform_device sep4020_device_rtc = {
              .name            = "sep4020_rtc",
              .id              = -1,
              .num_resources   = ARRAY_SIZE(sep4020_rtc_resource),
             .resource        = sep4020_rtc_resource,
        };   
     然后再通过4020.c文件中的__initdata设备数组将这个plartform_device结构体注册进去了:
        static struct platform_device *devices[] __initdata = {
               &serial_device,
             &sep4020_device_rtc,
               &epson_ohci_device,
               &sep4020_device_usbgadget
        };  
     platform_add_devices(devices, ARRAY_SIZE(devices)); 通过调用platform_add_devices()向系统中添加该设备了,该函数内部调用platform_device_register( )进行设备注册。要注意的是,这里的platform_device设备的注册过程必须在相应设备驱动加载之前被调用,即执行platform_driver_register()之前,原因是驱动注册时需要匹配内核中所有已注册的设备名。(后面会详细介绍device和driver之间是如何通过注册的名字进行连接的)
                                                           platform_driver简介


   platform_driver结构体的原型定义,在include/linux/platform_device.h中,代码如下:


         struct platform_driver {
              int (*probe)(struct platform_device *);
              int (*remove)(struct platform_device *);
              void (*shutdown)(struct platform_device *);
              int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
              int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state);
              int (*resume_early)(struct platform_device *);
              int (*resume)(struct platform_device *);
              struct device_driver driver;
          };
    内核提供的platform_driver结构体的注册函数为platform_driver_register()
    其原型定义在driver/base/platform.c文件中,具体实现代码如下:
          int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)
          {
              drv->driver.bus = &platform_bus_type;
              if (drv->probe)  
                  drv->driver.probe = platform_drv_probe;
              if (drv->remove)
                  drv->driver.remove = platform_drv_remove;
              if (drv->shutdown)
                  drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;
              if (drv->suspend)
                  drv->driver.suspend = platform_drv_suspend;
              if (drv->resume)
                  drv->driver.resume = platform_drv_resume;
              return driver_register(&drv->driver);
          }
     总结,通常情况下只要和内核本身运行依赖性不大的外围设备,相对独立的,拥有各自独自的资源(地址总线和IRQs),都可以用platform_driver实现。如:LCD,网卡、USB、UART等,都可以用platfrom_driver写,而timer,irq等小系统之内的设备则最好不用platfrom_driver机制。








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