Linux中總線、設(shè)備、驅(qū)動(dòng)是如何關(guān)聯(lián)的？

作者：武漢華嵌技術(shù)部

 

對于Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)來說，設(shè)備模型的理解是根本，顧名思義設(shè)備模型是關(guān)于設(shè)備的模型，設(shè)備的概念就是總線和與其相連的各種設(shè)備了。

電腦城的IT 工作者都會(huì)知道設(shè)備是通過總線連到計(jì)算機(jī)上的，而且還需要對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)才能用，可是總線是如何發(fā)現(xiàn)設(shè)備的，設(shè)備又是如何和驅(qū)動(dòng)對應(yīng)起來的？

總線、設(shè)備、驅(qū)動(dòng)，也就是bus、device、driver，在內(nèi)核里都會(huì)有它們自己專屬的結(jié)構(gòu)，在include/linux/device.h 里定義。

首先是總線，bus_type.
struct bus_type {
const char  * name;
struct subsystem subsys;//代表自身
struct kset  drivers;   //當(dāng)前總線的設(shè)備驅(qū)動(dòng)集合
struct kset  devices; //所有設(shè)備集合
struct klist  klist_devices;
struct klist  klist_drivers;
struct bus_attribute * bus_attrs;//總線屬性
struct device_attribute * dev_attrs;//設(shè)備屬性
struct driver_attribute * drv_attrs;
int  (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//設(shè)備驅(qū)動(dòng)匹配函數(shù)
int  (*uevent)(struct device *dev, char **envp,   
      int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//熱拔插事件
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);
};

下面是設(shè)備device的定義：

struct device {
struct device  * parent; //父設(shè)備，一般一個(gè)bus也對應(yīng)一個(gè)設(shè)備。
struct kobject kobj;//代表自身
char bus_id[BUS_ID_SIZE]; 
struct bus_type * bus;  /* 所屬的總線 */
struct device_driver *driver; /* 匹配的驅(qū)動(dòng)*/
void  *driver_data; /* data private to the driver 指向驅(qū)動(dòng) */
void  *platform_data; /* Platform specific data，由驅(qū)動(dòng)定義并使用*/
///更多字段忽略了
};
下面是設(shè)備驅(qū)動(dòng)定義：
struct device_driver {
const char  * name;
struct bus_type  * bus;//所屬總線
struct completion unloaded;
struct kobject  kobj;//代表自身
struct klist  klist_devices;//設(shè)備列表
struct klist_node knode_bus;
struct module  * owner;
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);
};

 

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，structbus_type中有成員structksetdrivers 和structksetdevices，同時(shí)structdevice中有兩個(gè)成員struct bus_type * bus和struct device_driver *driver ， structdevice_driver中有兩個(gè)成員structbus_type*bus和structklistklist_devices。structdevice中的bus表示這個(gè)設(shè)備連到哪個(gè)總線上，driver表示這個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是什么，structdevice_driver中的bus表示這個(gè)驅(qū)動(dòng)屬于哪個(gè)總線，klist_devices表示這個(gè)驅(qū)動(dòng)都支持哪些設(shè)備，因?yàn)檫@里device是復(fù)數(shù)，又是list，更因?yàn)橐粋€(gè)驅(qū)動(dòng)可以支持多個(gè)設(shè)備，而一個(gè)設(shè)備只能綁定一個(gè)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然，structbus_type中的drivers和devices分別表示了這個(gè)總線擁有哪些設(shè)備和哪些驅(qū)動(dòng)。

還有上面device 和driver結(jié)構(gòu)里出現(xiàn)的kobject 結(jié)構(gòu)是什么？kobject 和kset 都是Linux 設(shè)備模型中最基本的元素。一般來說應(yīng)該這么理解，整個(gè)Linux 的設(shè)備模型是一個(gè)OO 的體系結(jié)構(gòu)，總線、設(shè)備和驅(qū)動(dòng)都是其中鮮活存在的對象，kobject 是它們的基類，所實(shí)現(xiàn)的只是一些公共的接口，kset 是同種類型kobject 對象的集合，也可以說是對象的容器。

那么總線、設(shè)備和驅(qū)動(dòng)之間是如何關(guān)聯(lián)的呢？

先說說總線中的那兩條鏈表是怎么形成的。內(nèi)核要求每次出現(xiàn)一個(gè)設(shè)備就要向總線匯報(bào)，或者說注冊，每次出現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)，也要向總線匯報(bào)，或者說注冊。比如系統(tǒng)初始化的時(shí)候，會(huì)掃描連接了哪些設(shè)備，并為每一個(gè)設(shè)備建立起一個(gè)structdevice 的變量，每一次有一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，就要準(zhǔn)備一個(gè)tructdevice_driver 結(jié)構(gòu)的變量。把這些變量統(tǒng)統(tǒng)加入相應(yīng)的鏈表，device 插入devices 鏈表，driver 插入drivers 鏈表。這樣通過總線就能找到每一個(gè)設(shè)備，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)。

設(shè)備和驅(qū)動(dòng)又是如何聯(lián)系？

原來是把每一個(gè)要用的設(shè)備在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)之前就已經(jīng)插好了，插放在它應(yīng)該在的位置上，然后計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，然后操作系統(tǒng)開始初始化，總線開始掃描設(shè)備，每找到一個(gè)設(shè)備，就為其申請一個(gè)structdevice 結(jié)構(gòu)，并且掛入總線中的devices 鏈表中來，然后每一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序開始初始化，開始注冊其struct device_driver 結(jié)構(gòu)，然后它去總線的devices 鏈表中去尋找(遍歷)，去尋找每一個(gè)還沒有綁定驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，structdevice 中的structdevice_driver 指針仍為空的設(shè)備，然后它會(huì)去觀察這種設(shè)備的特征，看是否是他所支持的設(shè)備，如果是，那么調(diào)用一個(gè)叫做device_bind_driver 的函數(shù)，然后他們就結(jié)為了秦晉之好。換句話說，把structdevice 中的structdevice_driverdriver 指向這個(gè)驅(qū)動(dòng)，而struct device_driver driver 把struct device 加入他的那structklist klist_devices鏈表中來。就這樣，bus、device 和driver，這三者之間或者說他們中的兩兩之間，就給聯(lián)系上了。知道其中之一，就能找到另外兩個(gè)。

但現(xiàn)在情況變了，出現(xiàn)了一種新的名詞，叫熱插拔。設(shè)備可以在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)以后在插入或者拔出計(jì)算機(jī)了。設(shè)備可以在任何時(shí)刻出現(xiàn)，而驅(qū)動(dòng)也可以在任何時(shí)刻被加載，所以，出現(xiàn)的情況就是，每當(dāng)一個(gè)structdevice 誕生，它就會(huì)去bus 的drivers鏈表中尋找自己的另一半，反之，每當(dāng)一個(gè)struct device_driver 誕生，它就去bus的devices 鏈表中尋找它的那些設(shè)備。如果找到了合適的，那么OK，和之前那種情況一下，調(diào)device_bind_driver 綁定好。如果找不到，沒有關(guān)系，等待吧！