Linux驱动学习

Linux驱动学习（一）

注：基于linux-2.6.38

        在linux源码的根目录下有一个叫drivers的目录，可以发现linux源码根目录下也就那么十来二十个目录，linux把drivers作为根目录下的一个独立的目录，足见drivers在linux里占有的分量有多重。

       打开drivers目录一看，有一种晕呼呼的感觉，好几十个目录就这样“活生生”地摆在眼前，不知该如何下手。任何东西如果多了，但没有秩序去维持，肯定会变得很混乱，显然linux不会让这种情况出现。一般来说，里面的每一个目录可以说代表一类驱动，但linux整个driver的初始化操作在哪里？根据前人的探索和经验可知，没错，就在/drivers/base/init.c里，打开它发现里面就一个driver_init()函数，有必要把它全部贴出来：

 1 void __init driver_init(void) 2 {        3         /* These are the core pieces */ 4         devtmpfs_init(); 5         devices_init(); 6         buses_init(); 7         classes_init(); 8         firmware_init(); 9         hypervisor_init();10 11         /* These are also core pieces, but must come after the12          * core core pieces.13          */14         platform_bus_init();15         system_bus_init();16         cpu_dev_init();17         memory_dev_init();18 }

哟，原来是“禾草盖珍珠”，该函数内部全都是函数调用，其实这种现象在linux里多的是。在这里我主要想沿着一条主线“走下去”，而不是走着走着就“跑到”老远去，然后再回来。对于学习这件事情，我更偏向于先看到结果然后再努力去搞懂其内在的原理。好吧，接下就去寻找我想要的结果。

第4行调用devtmpfs_init()函数，从它的名字去理解它，就是/dev文件系统的初始化。第5行调用devices_init()函数，在drivers/base/core.c里定义，看看它怎么实现的：

 1 int __init devices_init(void) 2 { 3         devices_kset = kset_create_and_add("devices", &device_uevent_ops, NULL); 4         if (!devices_kset) 5                 return -ENOMEM; 6         dev_kobj = kobject_create_and_add("dev", NULL); 7         if (!dev_kobj) 8                 goto dev_kobj_err; 9         sysfs_dev_block_kobj = kobject_create_and_add("block", dev_kobj);10         if (!sysfs_dev_block_kobj)11                 goto block_kobj_err;12         sysfs_dev_char_kobj = kobject_create_and_add("char", dev_kobj);13         if (!sysfs_dev_char_kobj)14                 goto char_kobj_err;15 16         return 0;17  18  char_kobj_err:19         kobject_put(sysfs_dev_block_kobj);20  block_kobj_err:21         kobject_put(dev_kobj);22  dev_kobj_err:23         kset_unregister(devices_kset);24         return -ENOMEM;25 }

 还是比较简单的，第3行在/sys目录下创建了devices目录，第6行在/sys下创建了dev目录，第9，12行分别在/sys/dev下创建了block和char这两个目录。

接下来看在drivers/base/bus.c里定义的buses_init()函数：

1 int __init buses_init(void)2 {3         bus_kset = kset_create_and_add("bus", &bus_uevent_ops, NULL);4         if (!bus_kset)5                 return -ENOMEM;6         return 0;7 }

第3行在/sys下创建了bus目录。

drivers/base/class.c里定义的classes_init()函数：

1 int __init classes_init(void)2 {3         class_kset = kset_create_and_add("class", NULL, NULL);4         if (!class_kset)5                 return -ENOMEM;6         return 0;7 }

第3行在/sys下创建了class目录。

对于firmware_init()和hypervisor_init这两个函数暂时掠过。

在drivers/base/platform.c里定义的platform_bus_init()函数：

 1 int __init platform_bus_init(void) 2 { 3         int error; 4          5         early_platform_cleanup(); 6  7         error = device_register(&platform_bus); 8         if (error) 9                 return error;10         11         error =  bus_register(&platform_bus_type);12         if (error)13                 device_unregister(&platform_bus);14         return error;15 }

第5行，在early_platform_cleanup()函数里通过遍历链表清除之前的平台代码。第7行，设备注册，不要被它的参数的名字骗了，先看参数platform_bus的定义：

1 struct device platform_bus = {2         .init_name      = "platform",3 };

只定义了设备的名字为platform。再看device_register()函数：

1 int device_register(struct device *dev)2 {       3         device_initialize(dev);4         return device_add(dev);5 } 

 只有两个函数调用，先看device_initialize()函数：

 1 void device_initialize(struct device *dev) 2 { 3         dev->kobj.kset = devices_kset; 4         kobject_init(&dev->kobj, &device_ktype); 5         INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_pools); 6         mutex_init(&dev->mutex); 7         lockdep_set_novalidate_class(&dev->mutex); 8         spin_lock_init(&dev->devres_lock); 9         INIT_LIST_HEAD(&dev->devres_head);10         device_pm_init(dev);11         set_dev_node(dev, -1);12 }

第3行的devices_kset由之前的devices_init()里被赋值，作为所有设备的顶层kset。第4行初始化当前设备的kobject。第10行是该设备电源管理的初始化。第11行，看一下：

1 static inline void set_dev_node(struct device *dev, int node)2 {       3         dev->numa_node = node;4 }

没什么，就给dev里的成员numa_node赋值为node（这里是-1）。

回到device_register()里的device_add()函数，这个函数比较长，涉及的内容也很多，不过还是得看，暂时将它分为两部分吧，先看第一部分：

 1 int device_add(struct device *dev) 2 { 3         struct device *parent = NULL; 4         struct class_interface *class_intf; 5         int error = -EINVAL; 6  7         dev = get_device(dev); 8         if (!dev) 9                 goto done;10 11         if (!dev->p) {12                 error = device_private_init(dev);13                 if (error)14                         goto done;15         }16 17         /*18          * for statically allocated devices, which should all be converted19          * some day, we need to initialize the name. We prevent reading back20          * the name, and force the use of dev_name()21          */22         if (dev->init_name) {23                 dev_set_name(dev, "%s", dev->init_name);24                 dev->init_name = NULL;25         }26 27         if (!dev_name(dev)) {28                 error = -EINVAL;29                 goto name_error;30         }31 32         pr_debug("device: '%s': %s\n", dev_name(dev), __func__);33 34         parent = get_device(dev->parent);35         setup_parent(dev, parent);36 37         /* use parent numa_node */38         if (parent)39                 set_dev_node(dev, dev_to_node(parent));40 41         /* first, register with generic layer. */42         /* we require the name to be set before, and pass NULL */43         error = kobject_add(&dev->kobj, dev->kobj.parent, NULL);44         if (error)45                 goto Error;46 47         /* notify platform of device entry */48         if (platform_notify)49                 platform_notify(dev);50 51         error = device_create_file(dev, &uevent_attr);52         if (error)53                 goto attrError;54 55         if (MAJOR(dev->devt)) {56                 error = device_create_file(dev, &devt_attr);57                 if (error)58                         goto ueventattrError;59 60                 error = device_create_sys_dev_entry(dev);61                 if (error)62                         goto devtattrError;63                 64                 devtmpfs_create_node(dev);65         }66         error = device_add_class_symlinks(dev);67         if (error)68                 goto SymlinkError;69         error = device_add_attrs(dev);70         if (error)71                 goto AttrsError;72         error = bus_add_device(dev);73         if (error)74                 goto BusError;75         error = dpm_sysfs_add(dev);76         if (error)77                 goto DPMError;78         device_pm_add(dev);.....................

第7行，增加该设备的引用计数；第12行，主要为dev->p成员分配内存，然后对p里面的一些成员作初始化；第22～30行是关与dev->name的一些操作；第35行，设置当前设备的父设备；第39行，看注释就知道是将父设备numa_node成员的值赋给当前设备；第43行，调用kobject_add()，这个函数的内部调用关系挺复杂的，主要功能是建立当前设备与父设备的kobject对象关系和在/sys相应的目录下建立一个目录；第51行，创建设备的属性文件；第55行，如果该设备定义了主设备号的话就再生成一个设备文件，还有就是通过devtmpfs_create_node()函数在/dev下动态创建设备节点。第66～77行主要涉及sysfs文件系统的操作，在此暂时掠过；第78行是与电源管理相关的。

接下来看device_add()函数的第2部分：

 1         if (dev->bus) 2                 blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier, 3                                              BUS_NOTIFY_ADD_DEVICE, dev); 4          5         kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD); 6         bus_probe_device(dev); 7         if (parent) 8                 klist_add_tail(&dev->p->knode_parent, 9                                &parent->p->klist_children);10 11         if (dev->class) {12                 mutex_lock(&dev->class->p->class_mutex);13                 /* tie the class to the device */14                 klist_add_tail(&dev->knode_class,15                                &dev->class->p->klist_devices);16 17                 /* notify any interfaces that the device is here */18                 list_for_each_entry(class_intf,19                                     &dev->class->p->class_interfaces, node)20                         if (class_intf->add_dev)21                                 class_intf->add_dev(dev, class_intf);22                 mutex_unlock(&dev->class->p->class_mutex);23         }24 done:25         put_device(dev);26         return error;27  DPMError:28         bus_remove_device(dev);29  BusError:30         device_remove_attrs(dev);31  AttrsError:32         device_remove_class_symlinks(dev);33  SymlinkError:34         if (MAJOR(dev->devt))35                 devtmpfs_delete_node(dev);36         if (MAJOR(dev->devt))37                 device_remove_sys_dev_entry(dev);38  devtattrError:39         if (MAJOR(dev->devt))40                 device_remove_file(dev, &devt_attr);41  ueventattrError:42         device_remove_file(dev, &uevent_attr);43  attrError:44         kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_REMOVE);45         kobject_del(&dev->kobj);46  Error:47         cleanup_device_parent(dev);48         if (parent)49                 put_device(parent);50 name_error:51         kfree(dev->p);52         dev->p = NULL;53         goto done;54 }

第5行kobject_uevent()这个函数的实现不是一般的复杂，主要是向用户空间发送消息，实现热插拔，暂时用不到，先掠过；第6行，bus_probe_device()这个函数非常重要，因此尽可能详细地分析一下，看它在drivers/base/bus.c里定义：

 1 void bus_probe_device(struct device *dev) 2 { 3         struct bus_type *bus = dev->bus; 4         int ret; 5  6         if (bus && bus->p->drivers_autoprobe) { 7                 ret = device_attach(dev); 8                 WARN_ON(ret < 0); 9         }10 }

别看它那么短，其实没那么简单。if的条件很显然，直接看第7行的device_attach()函数，在drivers/base/dd.c里定义为：

 1 int device_attach(struct device *dev) 2 { 3         int ret = 0; 4          5         device_lock(dev); 6         if (dev->driver) { 7                 ret = device_bind_driver(dev); 8                 if (ret == 0)  9                         ret = 1;10                 else {                11                         dev->driver = NULL;12                         ret = 0;13                 }14         } else {15                 pm_runtime_get_noresume(dev);16                 ret = bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, dev, __device_attach);17                 pm_runtime_put_sync(dev);18         }19         device_unlock(dev);20         return ret;21 }

第6行，如果当前设备已经绑定了相应的驱动程序，那么就调用device_bind_driver()。在这里有个疑问：先有设备还是先有驱动？一般来说是先有设备再有驱动，但对于热插拔设备来说的话则相反。不管怎样，去看看它是怎么定义的：

1 int device_bind_driver(struct device *dev)2 {3         int ret;4 5         ret = driver_sysfs_add(dev);6         if (!ret)7                 driver_bound(dev);8         return ret;9 }

第5行是与sysfs有关的，直接看第7行的driver_bound()函数：

 1 static void driver_bound(struct device *dev) 2 { 3         if (klist_node_attached(&dev->p->knode_driver)) { 4                 printk(KERN_WARNING "%s: device %s already bound\n", 5                         __func__, kobject_name(&dev->kobj)); 6                 return; 7         } 8  9         pr_debug("driver: '%s': %s: bound to device '%s'\n", dev_name(dev),10                  __func__, dev->driver->name);11 12         klist_add_tail(&dev->p->knode_driver, &dev->driver->p->klist_devices);13 14         if (dev->bus)15                 blocking_notifier_call_chain(&dev->bus->p->bus_notifier,16                                              BUS_NOTIFY_BOUND_DRIVER, dev);17 }

咋一看，都是与链表操作相关的，关键是第12行，实现将驱动程序和设备联系起来。

回到device_attach()函数的第16行，调用bus_for_each_drv()函数遍历设备所在总线上所有已经挂载了的驱动，每遍历一个就调用一次__device_attach()函数，直接看__device_attach()的定义：

1 static int __device_attach(struct device_driver *drv, void *data)2 {3         struct device *dev = data;4         5         if (!driver_match_device(drv, dev))6                 return 0;7 8         return driver_probe_device(drv, dev);9 }

第5行的函数是在drivers/base/base.h头文件中定义的，只有一行：

1 static inline int driver_match_device(struct device_driver *drv,2                                       struct device *dev)3 {       4         return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1;5 }

如果驱动所在的总线上定义了match函数，那么就调用它，否则返回1。

如果driver_match_device()成功，接下来就调用driver_probe_device()：

 1 int driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev) 2 { 3         int ret = 0; 4  5         if (!device_is_registered(dev)) 6                 return -ENODEV; 7  8         pr_debug("bus: '%s': %s: matched device %s with driver %s\n", 9                  drv->bus->name, __func__, dev_name(dev), drv->name);10 11         pm_runtime_get_noresume(dev);12         pm_runtime_barrier(dev);13         ret = really_probe(dev, drv);14         pm_runtime_put_sync(dev);15 16         return ret;17 } 

主要是第13行的really_probe()，该函数有点长，主要看它的核心部分：

 1 static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv) 2 { 3 .................................. 4         dev->driver = drv; 5         if (driver_sysfs_add(dev)) { 6                 printk(KERN_ERR "%s: driver_sysfs_add(%s) failed\n", 7                         __func__, dev_name(dev)); 8                 goto probe_failed; 9         }10 11         12         if (dev->bus->probe) {13                 ret = dev->bus->probe(dev);14                 if (ret)15                         goto probe_failed;16         } else if (drv->probe) {17                 ret = drv->probe(dev);18                 if (ret)19                         goto probe_failed;20         }21 22         driver_bound(dev);23 ..............................

第4行，不用说；第12行，如果设备所在的总线定义了probe()函数则调用它，否则如果设备对应的驱动定义了probe()函数则调用它，在这里可以说第16行的条件一般会满足，至少对于平台设备来说是这样的（研究过平台设备和平台驱动的同学应该懂我的意思）。第22行的driver_bound()函数在上面已经说过了。

已经“跑”得很远了，回到device_add()函数，发现后面的内容基本上就是一些相应的出错处理。好了，device_register()的分析到这里，回到platform_bus_init()第11行调用的bus_register()，这个函数还是很长，不贴出代码了，主要是涉及kobject，kset和klist等一些操作。

好了，回到最初的函数driver_init()，第15行调用system_bus_init()：

1 int __init system_bus_init(void)2 {3         system_kset = kset_create_and_add("system", NULL, &devices_kset->kobj);4         if (!system_kset)5                 return -ENOMEM;6         return 0;7 }

第3行，在一个/sys/devices下创建system目录。

driver_init()中最后2个函数是cpu和内存初始化相关的，暂掠过。

driver_init()的分析就到这里，后面会以平台设备和平台驱动来说说是怎么利用这些东西让它们“沟通”起来的，这也就是编写驱动的人比较关心的内容。