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I.MX6ULL ARM驱动开发---platfrom设备驱动

时间：2020-04-04 21:11:08

引言

对IO进行最简单的读写操作，设备驱动都非常的简单。像I2C、SPI、LCD 等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了，Linux 系统要考虑到驱动的可重用性，因此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路，在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的 platform 设备驱动，也叫做平台设备驱动。我们就来学习一下 Linux 下的驱动分离，以及 platform 框架下的设备驱动该如何编写。

一、Linux 驱动的分离

对于 Linux 这样一个成熟、庞大、复杂的操作系统，代码的重用性非常重要，否则的话就会在 Linux 内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序，因为驱动程序占用了 Linux 内核代码量的大头，如果不对驱动程序加以管理，任由重复的代码肆意增加，那么用不了多久 Linux 内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。

比如 I2C、SPI 等等都会采用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。在实际的驱动开发中，一般 I2C 主机控制器驱动已经由半导体厂家编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如 I2C 设备的话提供设备连接到了哪个 I2C 接口上，I2C 的速度是多少等等。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。

这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是 Linux 中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线搭桥。

二、platform 平台驱动模型简介

1、platform 总线

Linux系统内核使用bus_type结构体表示总线，此结构体定义在文件include/linux/device.h，bus_type 结构体内容如下：

struct bus_type {const char *name; /* 总线名字 */const char *dev_name; struct device *dev_root;struct device_attribute *dev_attrs; const struct attribute_group **bus_groups; /* 总线属性 */const struct attribute_group **dev_groups; /* 设备属性 */const struct attribute_group **drv_groups; /* 驱动属性 */int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);int (*probe)(struct device *dev);int (*remove)(struct device *dev);void (*shutdown)(struct device *dev);int (*online)(struct device *dev);int (*offline)(struct device *dev);int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume)(struct device *dev);const struct dev_pm_ops *pm;const struct iommu_ops *iommu_ops;struct subsys_private *p;struct lock_class_key lock_key;};

match 函数，此函数是完成设备和驱动之间匹配的，总线就是使用 match 函数来根据注册的设备来查找对应的驱动，或者根据注册的驱动来查找相应的设备，因此每一条总线都必须实现此函数。

match 函数有两个参数：dev 和 drv，这两个参数分别为 device 和 device_driver 类型，也就是设备和驱动。

platform 总线是 bus_type 的一个具体实例，定义在文件 drivers/base/platform.c，platform 总线定义如下：

struct bus_type platform_bus_type = {.name = "platform", .dev_groups = platform_dev_groups, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .pm = &platform_dev_pm_ops, };

platform_bus_type 就是 platform 平台总线，其中 platform_match 就是匹配函数。我们来看一下驱动和设备是如何匹配的，platform_match 函数定义在文件 drivers/base/platform.c 中，函数内容如下所示：

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);/*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/if (pdev->driver_override)return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);/* 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);}

驱动和设备的匹配有四种方法：

（1）OF 类型的匹配，也就是设备树采用的匹配方式，of_driver_match_device 函数定义在文件 include/linux/of_device.h 中。device_driver 结构体(表示设备驱动)中有个名为of_match_table的成员变量，此成员变量保存着驱动的compatible匹配表，设备树中的每个设备节点的 compatible 属性会和 of_match_table 表中的所有成员比较，查看是否有相同的条目，如果有的话就表示设备和此驱动匹配，设备和驱动匹配成功以后 probe 函数就会执行。

（2）ACPI匹配方式。

（3）id_table匹配，每个 platform_driver 结构体有一个 id_table 成员变量，顾名思义，保存了很多 id 信息。这些 id 信息存放着这个 platform 驱动所支持的驱动类型。通过查找id_table中name是否与设备名相同的项，如果存在的话，则匹配成功。

（4）id_table 不存在的话就直接比较驱动和设备的 name 字段，看看是不是相等，如果相等的话就匹配成功。

2、platform 驱动

platform_driver 结构体表示 platform 驱动，此结构体定义在文件include/linux/platform_device.h 中，内容如下：

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 (*resume)(struct platform_device *);struct device_driver driver; const struct platform_device_id *id_table; bool prevent_deferred_probe;};

probe 函数，当驱动与设备匹配成功以后 probe 函数就会执行，非常重要的函数！！一般驱动的提供者会编写，如果自己要编写一个全新的驱动，那么 probe 就需要自行实现。 driver 成员，为 device_driver 结构体变量，Linux 内核里面大量使用到了面向对象的思维，device_driver 相当于基类，提供了最基础的驱动框架。plaform_driver 继承了这个基类，然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。

id_table 是个表(也就是数组)，每个元素的类型为 platform_device_id，platform_device_id 结构体内容如下：

struct platform_device_id {char name[PLATFORM_NAME_SIZE];kernel_ulong_t driver_data; //私有数据};

device_driver 结构体定义在 include/linux/device.h，device_driver 结构体内容如下：

struct device_driver {const char *name; struct bus_type *bus;struct module *owner;const char *mod_name; /* used for built-in modules */bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */const struct of_device_id *of_match_table;const struct acpi_device_id *acpi_match_table;int (*probe) (struct device *dev);int (*remove) (struct device *dev);void (*shutdown) (struct device *dev);int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume) (struct device *dev);const struct attribute_group **groups;const struct dev_pm_ops *pm;struct driver_private *p;};

of_match_table 就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表，同样是数组，每个匹配项都为 of_device_id 结构体类型，此结构体定义在文件 include/linux/mod_devicetable.h 中，内容如下：

struct of_device_id {char name[32];char type[32];char compatible[128];const void *data; };

compatible 非常重要，因为对于设备树而言，就是通过设备节点的 compatible 属性值和 of_match_table 中每个项目的 compatible 成员变量进行比较，如果有相等的就表示设备和此驱动匹配成功。

在编写 platform 驱动的时候，首先定义一个 platform_driver 结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及 probe 函数。当驱动和设备匹配成功以后 probe函数就会执行，具体的驱动程序在 probe 函数里面编写，比如字符设备驱动等等。

当我们定义并初始化好 platform_driver 结构体变量以后，需要在驱动入口函数里面调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform 驱动，platform_driver_register 函数原型如下所示：

int platform_driver_register (struct platform_driver *driver)

函数参数和返回值含义如下：

driver：要注册的 platform 驱动。

返回值：负数，失败；0，成功。

还需要在驱动卸载函数中通过 platform_driver_unregister 函数卸载 platform 驱动，platform_driver_unregister 函数原型如下：

void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)

函数参数和返回值含义如下：

drv：要卸载的 platform 驱动。

返回值：无。

3、platform 设备

如果内核支持设备树的话就不要再使用 platform_device 来描述设备了，因为改用设备树去描述了。当然了，你如果一定要用 platform_device 来描述设备信息的话也是可以的。platform_device 结构体定义在文件include/linux/platform_device.h 中，结构体内容如下：

struct platform_device {const char *name; int id; bool id_auto;struct device dev;u32 num_resources; struct resource *resource;const struct platform_device_id *id_entry;char *driver_override; /* Driver name to force a match *//* MFD cell pointer */struct mfd_cell *mfd_cell;/* arch specific additions */struct pdev_archdata archdata;};

name 表示设备名字，要和所使用的 platform 驱动的 name 字段相同，否则的话设

备就无法匹配到对应的驱动。

num_resources 表示资源数量，一般为第 28 行 resource 资源的大小。

resource 表示资源，也就是设备信息，比如外设寄存器等。Linux 内核使用 resource

结构体表示资源，resource 结构体内容如下：

struct resource {resource_size_t start;resource_size_t end;const char *name;unsigned long flags;struct resource *parent, *sibling, *child;};

start 和 end 分别表示资源的起始和终止信息，对于内存类的资源，就表示内存起始和终止地址，name 表示资源名字，flags 表示资源类型，可选的资源类型都定义在了文件include/linux/ioport.h 里面，如下所示：

#define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */#define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */#define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */#define IORESOURCE_MEM 0x00000200#define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */#define IORESOURCE_IRQ 0x00000400#define IORESOURCE_DMA 0x00000800#define IORESOURCE_BUS 0x00001000....../* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */#define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

在以前不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息，然后使用 platform_device_register 函数将设备信息注册到 Linux 内核中，此函数原型如下所示：

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)

函数参数和返回值含义如下：

pdev：要注册的 platform 设备。

返回值：负数，失败；0，成功。

如果不再使用 platform 的话可以通过 platform_device_unregister 函数注销掉相应的 platform设备，platform_device_unregister 函数原型如下：

void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)

函数参数和返回值含义如下：

pdev：要注销的 platform 设备。

返回值：无。

三、程序编写

1、platform 设备与驱动程序编写

leddevice.c 和 leddriver.c 这两个文件，这两个文件分别为 LED灯的 platform 设备文件和 LED 灯的 platform 的驱动文件。在 leddevice.c 中输入如下所示内容：

leddevice.c 文件编写完成以后就编写 leddriver.c 这个 platform 驱动文件，在 leddriver.c 里面输入如下内容：

#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/ide.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/of_gpio.h>#include <linux/semaphore.h>#include <linux/timer.h>#include <linux/irq.h>#include <linux/wait.h>#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/fcntl.h>#include <linux/platform_device.h>#include <asm/mach/map.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>#define LEDDEV_CNT1/* 设备号长度 */#define LEDDEV_NAME"platled"/* 设备名字 */#define LEDOFF 0#define LEDON 1/* 寄存器名 */static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;static void __iomem *GPIO1_DR;static void __iomem *GPIO1_GDIR;/* leddev设备结构体 */struct leddev_dev{dev_t devid;/* 设备号*/struct cdev cdev;/* cdev*/struct class *class;/* 类 */struct device *device;/* 设备*/int major;/* 主设备号*/};struct leddev_dev leddev; /* led设备 *//** @description: LED打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED* @return : 无*/void led0_switch(u8 sta){u32 val = 0;if(sta == LEDON){val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF){val = readl(GPIO1_DR);val|= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);}}/** @description: 打开设备* @param - inode : 传递给驱动的inode* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return : 0 成功;其他失败*/static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据 */return 0;}/** @description: 向设备写数据 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf : 要写给设备写入的数据* @param - cnt : 要写入的数据长度* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {return -EFAULT;}ledstat = databuf[0];/* 获取状态值 */if(ledstat == LEDON) {led0_switch(LEDON);/* 打开LED灯 */}else if(ledstat == LEDOFF) {led0_switch(LEDOFF);/* 关闭LED灯 */}return 0;}/* 设备操作函数 */static struct file_operations led_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.write = led_write,};/** @description: flatform驱动的probe函数，当驱动与* 设备匹配以后此函数就会执行* @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败*/static int led_probe(struct platform_device *dev){int i = 0;int ressize[5];u32 val = 0;struct resource *ledsource[5];printk("led driver and device has matched!\r\n");/* 1、获取资源 */for (i = 0; i < 5; i++) {ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */if (!ledsource[i]) {dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");return -ENXIO;}ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);}/* 2、初始化LED *//* 寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26);/* 清除以前的设置 */val |= (3 << 26);/* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 设置GPIO1_IO03复用功能，将其复用为GPIO1_IO03 */writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3);/* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3);/* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 默认关闭LED1 */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3) ;writel(val, GPIO1_DR);/* 注册字符设备驱动 *//*1、创建设备号 */if (leddev.major) {/* 定义了设备号 */leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);} else {/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);/* 申请设备号 */leddev.major = MAJOR(leddev.devid);/* 获取分配号的主设备号 */}/* 2、初始化cdev */leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);/* 4、创建类 */leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.class)) {return PTR_ERR(leddev.class);}/* 5、创建设备 */leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);if (IS_ERR(leddev.device)) {return PTR_ERR(leddev.device);}return 0;}/** @description: platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行* @param - dev : platform设备* @return : 0，成功;其他负值,失败*/static int led_remove(struct platform_device *dev){iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);cdev_del(&leddev.cdev);/* 删除cdev */unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(leddev.class, leddev.devid);class_destroy(leddev.class);return 0;}/* platform驱动结构体 */static struct platform_driver led_driver = {.driver= {.name= "imx6ul-led",/* 驱动名字，用于和设备匹配 */},.probe= led_probe,.remove= led_remove,};/** @description: 驱动模块加载函数* @param : 无* @return : 无*/static int __init leddriver_init(void){return platform_driver_register(&led_driver);}/** @description: 驱动模块卸载函数* @param : 无* @return : 无*/static void __exit leddriver_exit(void){platform_driver_unregister(&led_driver);}module_init(leddriver_init);module_exit(leddriver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

2、测试 APP 编写

#include "stdio.h"#include "unistd.h"#include "sys/types.h"#include "sys/stat.h"#include "fcntl.h"#include "stdlib.h"#include "string.h"#define LEDOFF 0#define LEDON 1/** @description: main主程序* @param - argc : argv数组元素个数* @param - argv : 具体参数* @return : 0 成功;其他失败*/int main(int argc, char *argv[]){int fd, retvalue;char *filename;unsigned char databuf[2];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打开led驱动 */fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]);/* 要执行的操作：打开或关闭 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("LED Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0;}

3、Makefile

KERNELDIR := /home/sh/Desktop/MUL/zimageCURRENT_PATH := $(shell pwd)obj-m := leddevice.o leddriver.oARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-build: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) clean