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【转帖】UT4412BV03开发板学习Linux设备驱动模型（一）

2015-10-16 11:19:35 2406 开发板 Linux

0 本帖最后由 q2113435929 于 2015-10-16 11:22 编辑 UT4412BV03开发板学习linux设备驱动模型（一）设备驱动模型概述：设备驱动模型比较复杂，linux系统将设备和驱动归结到设备驱动模型中来管理,设备驱动模型的提出解决了以前编写驱动时没有统一的方法的局面，设备驱动模型给各种驱动程序提供了很多辅助性的函数，这些函数经过严格测试，可以很大程度上提高驱动开发人员的工作效率。设备驱动模型中用到的几个核心的数据结构，分别是kobjeck，kset，subsystem，这些结构体使设备驱动模型组成了一个层次结构，该层次结构将驱动，设备，总线等联系起来，形成了一个完整的设备驱动。 kobject结构体提供了一个最基本的设备对象管理能力，每一个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件中的一个目录。对应头文件：#include 对应源文件：kobjeck.c 1.kobject结构体 struct kobject { const char name; //kobject结构体的名字，作为一个目录显示在sysfs文件系统中 struct list_head entry; //链接下一个kobject结构体 struct kobject parent; //指向本结构体的指针 struct kset kset; //指向kset结构体的指针 struct kobj_type ktype; //指向kobj_type结构体的指针，设备属性结构体 struct sysfs_dirent sd; // struct kref kref; //表示该对象的引用计数，内核提供增加和减少引用计数的kobject_get();kobject_put();当计数为0时，该对象的所有资源被释放 unsigned int state_initialized:1; //表示kobject结构体是否初始化过，1表示初始化过，0表示未初始化过。 unsigned int state_in_sysfs:1; //表示kobject结构体是否已注册到sysfs文件系统中 unsigned int state_add_uevent_sent:1; // unsigned int state_remove_uevent_sent:1; // unsigned int uevent_suppress:1 }; Kobject通过kset组织成层次化的结构，kset中包含了kobject集合，像驱动程序一样放在/sys/driver目录下，目录driver是一个kset对象，包含系统中的驱动程序对应的目录，驱动程序的目录由kobject表示。Kset结构体的定义如下：用到的头文件#include struct kset { struct list_head list; //链接所包含的的kobject对象的链表的首部 spinlock_t list_lock; //维护list链表的自旋锁 struct kobject kobj; //内嵌的kobject结构体，说明kset本身也是一个目录 struct kset_uevent_ops uevent_ops; //热插拔事件 }; 每一个kobject对象都有一些属性，这些属性由kobj_type结构体表示，最开始，内核开发者考虑将包含在kobject结构体中，后来考虑到同类设备会具有相同的属性，所以将属性隔离开来。由kobj_type表示。用到的头文件#include struct kobj_type { void (release)(struct kobject kobj); //释放kobject结构体占用的资源，该函数用驱动开发者去实现 struct sysfs_ops sysfs_ops; struct attribute default_attrs; }; 用到的头文件#include struct attribute { const char name; struct module owner; mode_t mode; }; struct sysfs_ops { ssize_t (show)(struct kobject , struct attribute ,char ); //写属性操作函数 show函数用于读取一个属性到用户空间，读取成功返回读取到的字节数 ssize_t (store)(struct kobject ,struct attribute ,const char , size_t); //写属性操作函数, store函数用于将属性写入内核 }; 用到的头文件#include struct sysfs_dirent { atomic_t s_count; atomic_t s_active; struct sysfs_dirent s_parent; struct sysfs_dirent s_sibling; const char s_name; union { struct sysfs_elem_dir s_dir; struct sysfs_elem_symlink s_symlink; struct sysfs_elem_attr s_attr; struct sysfs_elem_bin_attr s_bin_attr; }; unsigned int s_flags; ino_t s_ino; umode_t s_mode; struct iattr s_iattr; }; 二. 操作kobject结构体用的函数 1.kobject结构体初始化函数 void kobject_init(struct kobject kobj, struct kobj_type ktype) { char err_str; if (!kobj) { err_str = "invalid kobject pointer!"; goto error; } if (!ktype) { err_str = "must have a ktype to be initialized properly!n"; goto error; } if (kobj->state_initialized) { /* do not error out as sometimes we can recover / printk(KERN_ERR "kobject (%p): tried to init an initialized " "object, something is seriously wrong.n", kobj); dump_stack(); } kobject_init_internal(kobj); kobj->ktype = ktype; return; error: printk(KERN_ERR "kobject (%p): %sn", kobj, err_str); dump_stack(); } 2.初始化kobject结构体内部成员的函数 static void kobject_init_internal(struct kobject kobj) { if (!kobj) return; //kobj为空指针时退出程序 kref_init(&kobj->kref); //增加kobject引用计数 INIT_LIST_HEAD(&kobj->entry); // 初始化kobject链表 kobj->state_in_sysfs = 0; // 表示kobject结构体还没注册到sysfs文件系统中 kobj->state_add_uevent_sent = 0; // 始终初始化为0 kobj->state_remove_uevent_sent = 0; // 始终初始化为0 kobj->state_initialized = 1; // 表示kobject结构体以始化过 } 3.此函数用于初始化和加载kobject到内核中此函数完成两个功能： 1.调用kobject_init(kobj, ktype);对kobject函数进行初始化 2.调用kobject_add_varg(kobj, parent, fmt, args);将kobject加入设备驱动模型中 int kobject_init_and_add(struct kobject kobj, struct kobj_type ktype, struct kobject parent, const char fmt, ...) { va_list args; int retval; kobject_init(kobj, ktype); va_start(args, fmt); retval = kobject_add_varg(kobj, parent, fmt, args); va_end(args); return retval; } 4.表示增加kobject结构体的引用计数 truct kobject kobject_get(struct kobject kobj) { if (kobj) kref_get(&kobj->kref); return kobj; } 5.表示减少kobject结构体的引用计数， void kobject_put(struct kobject kobj) { if (kobj) { if (!kobj->state_initialized) WARN(1, KERN_WARNING "kobject: '%s' (%p): is not " "initialized, yet kobject_put() is being " "called.n", kobject_name(kobj), kobj); kref_put(&kobj->kref, kobject_release); } } 6.表示用于设置kobject结构体名字的函数 int kobject_set_name(struct kobject kobj, const char fmt, ...) { va_list vargs; int retval; va_start(vargs, fmt); retval = kobject_set_name_vargs(kobj, fmt, vargs); va_end(vargs); return retval; } int kobject_rename(struct kobject kobj, const char new_name); 7.将kobject加入设备驱动模型中的函数 static int kobject_add_varg(struct kobject kobj, struct kobject parent, const char fmt, va_list vargs) { int retval; retval = kobject_set_name_vargs(kobj, fmt, vargs); if (retval) { printk(KERN_ERR "kobject: can not set name properly!n"); return retval; } kobj->parent = parent; return kobject_add_internal(kobj); } 8.用于向设备驱动模型中添加kobjct结构体的函数 static int kobject_add_internal(struct kobject kobj) { int error = 0; struct kobject parent; if (!kobj) return -ENOENT; if (!kobj->name \|\| !kobj->name[0]) { WARN(1, "kobject: (%p): attempted to be registered with empty " "name!n", kobj); return -EINVAL; } parent = kobject_get(kobj->parent); /* join kset if set, use it as parent if we do not already have one / if (kobj->kset) { if (!parent) parent = kobject_get(&kobj->kset->kobj); kobj_kset_join(kobj); kobj->parent = parent; } pr_debug("kobject: '%s' (%p): %s: parent: '%s', set: '%s'n", kobject_name(kobj), kobj, __func__, parent ? kobject_name(parent) : "", kobj->kset ? kobject_name(&kobj->kset->kobj) : ""); error = create_dir(kobj); if (error) { kobj_kset_leave(kobj); kobject_put(parent); kobj->parent = NULL; / be noisy on error issues / if (error == -EEXIST) printk(KERN_ERR "%s failed for %s with " "-EEXIST, don't try to register things with " "the same name in the same directory.n", __func__, kobject_name(kobj)); else printk(KERN_ERR "%s failed for %s (%d)n", __func__, kobject_name(kobj), error); dump_stack(); } else kobj->state_in_sysfs = 1; return error; } 9.从设备驱动模型中删除一个kobject对象 void kobject_del(struct kobject kobj) { if (!kobj) return; sysfs_remove_dir(kobj); //从文件系统中删除kobj对象 obj->state_in_sysfs = 0; //表示该kobj没有在sysfs中 kobj_kset_leave(kobj); // kobject_put(kobj->parent); //减少父目录的引用计数 kobj->parent = NULL; //将父目录设为空 } 三. 操作kobj_type结构体用的函数和结构体 struct kobj_type { void (release)(struct kobject kobj); //释放kobject结构体占用的资源，该函数用驱动开发者去实现 struct sysfs_ops sysfs_ops; //操作下一个属性数组的方法 struct attribute default_attrs; // 属性数组 }; 以下的函数和结构体在#include 中 struct attribute { const char name; // 属性的名字，对应某个目录下的属性文件 struct module owner; // 指向拥有该属性的模块 mode_t mode; // 属性读写权限 S_IRUGO:表示可读，S_IWUGO:表示可写，S_IRWXUGO:表示可读可写 }; struct sysfs_ops { ssize_t (show)(struct kobject , struct attribute ,char ); //写属性操作函数 show函数用于读取一个属性到用户空间，读取成功返回读取到的字节数 ssize_t (store)(struct kobject ,struct attribute ,const char , size_t); //写属性操作函数, store函数用于将属性写入内核 }; 10.非默认属性的建立函数 static inline int sysfs_create_file(struct kobject kobj, const struct attribute attr) { return 0; } 11.非默认属性的移除函数 static inline void sysfs_remove_file(struct kobject kobj, const struct attribute attr) { } 四.设备驱动模型（注册kobject到sysfs） 1.设备驱动模型用到的结构体 struct kset { struct list_head list; //链接所包含的kobject对象的链表首部 spinlock_t list_lock; //维护list链表的自旋锁 struct kobject kobj; //指向kobject结构体的变量，说明kset也是一个目录 struct kset_uevent_ops uevent_ops; //热插拔事件用到的函数 }; 2.热插拔事件用到的函数一个热插拔事件是从内核空间发送到用户空间的通知，表明系统某些部分的配置已经发生变化，例如，当U盘插入到USB系统时，会产生一个热插拔事件，内核会捕捉到这个事件并调用用户空间的/**in/hostplug程序，改程序通过加载驱动程序来响应U盘的插入动作。当内核调用kobject_add()和kobject_del()函数时，会产生热插拔事件。并执行kset_uevent_ops结构体中定义的函数。 struct kset_uevent_ops { int (filter)(struct kset kset, struct kobject kobj); // 通过此函数可以决定是否向用户空间发送事件产生信号，如果filter返回0，表示不产生事件，如果filter返回1，表示产生事件， const char (name)(struct kset kset, struct kobject kobj); //若用户空间的热插拔程序需要知道只系统的名字时调用此函数，该函数返回给用户空间程序一个字符窜数据 int (uevent)(struct kset kset, struct kobject kobj, struct kobj_uevent_env env); }; 操作kset用到的函数 Kset_init用来初始化kset对象的成员，其中最重要的是初始化kset.kobj成员，使用上面介绍的kobject_init_internal()函数 void kset_init(struct kset k) { kobject_init_internal(&k->kobj); //初始化kset.kobj成员 INIT_LIST_HEAD(&k->list); //初始化链接kobject的链表 spin_lock_init(&k->list_lock); //初始化自旋锁，该锁用于对kobject的添加和删除等操作 } 4.该函数用于完成系统对kset的注册 int kset_register(struct kset k)； 5.该函数用于完成系统对kset的注销 void kset_unregister(struct kset k) { if (!k) return; kobject_put(&k->kobj); } 6.kest的引用计数用到的函数，kset的引用计数由kobj成员来实现。增加引用计数用到的函数 static inline struct kset kset_get(struct kset k) { return k ? to_kset(kobject_get(&k->kobj)) : NULL; } 7.减少引用计数用到的函数 static inline void kset_put(struct kset k) { kobject_put(&k->kobj); } 通过上面的学习，主要是让大家去了解linux设备驱动模型这么一个概念，了解linux设备驱动模型中常用的一些函数，及设备驱动模型的整体构架，以及设备驱动模型在sysfs文件系统中的显示，熟悉设备驱动模型的编程方法，设备驱动模型是linux中比较难得部分，没有几年的编程经验，一般建议初学者简单的了解设备驱动模型，工作几年后再去详细的分析这部分的代码。 0
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