深入解析Linux Platform_device 及驅動

[導讀] 前文分析了Linux設備驅動的驅動模型，本文來聊聊Platform_driver/Platform_device這個類。做嵌入式Linux的驅動，這個也是繞不開的，所以來學習分析總結一下。上文閱讀：註：代碼分析基於linux-5.4.31 為什麼有Platform_driver 前文談 ...

[導讀] 前文分析了Linux設備驅動的驅動模型，本文來聊聊Platform_driver/Platform_device這個類。做嵌入式Linux的驅動，這個也是繞不開的，所以來學習分析總結一下。

上文閱讀：

註：代碼分析基於linux-5.4.31

為什麼有Platform_driver

前文談到的匯流排驅動模型（註這個圖是照著bootlin的文檔繪製的）：

同時，根據代碼分析其基礎數據結構框架關係如下（UML關係並不嚴謹，僅為理解方便）：

可見驅動程式的模型分層有一層匯流排基礎層，那麼對於嵌入式開發領域而言，有很多SOC晶元內置了各種外設，並比如LCD，UART、audio、攝像頭口等等，並沒有匯流排。為了統一驅動架構抽象，所以引入了platform bus這個虛擬的匯流排模型。做過嵌入式開發的人應該都有體會，這類設備在嵌入式系統中非常多，所以在研究具體某類設備的驅動開發之前，有必要研究platform 設備的驅動模型。在強調一下這個是統一在匯流排驅動模型這個體系內的。

驅動模型的實現

定義在./include/linux/platform_device.h中，來梳理一下這些數據結構間的關係：

platform_device 用於抽象平臺設備
platform_driver 用於抽象匹配平臺設備對應的驅動程式
通過繼承演化關係分析，platform_device/platform_driver 仍然統一於匯流排驅動模型，只是虛擬出來了一條platform bus這樣一條虛擬匯流排。
platform_bus在哪裡實現的呢？該模塊的實現位於./driver/base/platform.c中

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

platform.c導出了一系列內核全局操作介面集：

EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_register);
EXPORT_SYMBOL_GPL(__platform_driver_probe);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_resource_byname);
EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_get_irq_byname);
....

那麼既然這條匯流排並不存在，往往並不能實現設備枚舉、熱插拔等功能。
既然不能利用匯流排自動枚舉，那麼底層又是怎麼玩的呢？實際上可選的有這樣幾種方式
- 通過內核代碼靜態描述實現
- 通過設備樹進行匹配載入
- BIOS ACPI表(X86/PC體系)
平臺設備是通常在系統中顯示為自治實體的設備。這包括基於舊埠的設備和到外圍匯流排的主機橋接，以及集成到片上系統平臺中的大多數控制器。它們通常的共同點是從CPU匯流排直接定址。很少有platform_device通過某種其他類型的匯流排的一部分連接的。但其寄存器仍將直接可定址。

設備探測

probe()通常應該驗證指定的設備硬體確實存在;有時平臺設置代碼不能確定。該函數用於檢測可以使用設備資源，包括時鐘和設備platform_data。
設備的註冊則是通過下麵函數實現

int platform_driver_register(struct platform_driver *drv);

設備命令以及綁定

platform_device.dev.bus_id 設備名由兩個部分組成
- platform_device.name 用於驅動匹配
- platform_device.id 設備實例號，或者用“-1”表示只有一個實例
- 如"serial/0“ 表示 bus_id "serial.0"，"serial/3“ 表示 bus_id "serial.3"
驅動程式綁定由驅動程式核心自動執行，在發現設備和驅動程式之間的匹配之後調用驅動程式probe()。如果probe()成功，驅動程式和設備將像往常一樣綁定。有三種不同的方法來找到這樣的匹配:
- 每當註冊一個設備時，就會檢查該匯流排的驅動程式是否匹配。平臺設備應該在系統啟動時儘早註冊.
- 當使用platform_driver_register()註冊一個驅動程式時，將檢查匯流排上所有未綁定的設備是否匹配。驅動程式通常在引導期間稍後註冊，或者通過模塊載入註冊。
- 使用platform_driver_probe()註冊驅動程式與使用platform_driver_register()一樣，不同的是，如果以後有其他設備註冊，驅動程式不會被探測。

資源機制

每個由特定驅動程式管理的設備通常使用不同的硬體資源:I/O寄存器地址、DMA通道、IRQ線路等。
struct resource就是用於抽象描述驅動程式需要用到的硬體資源，struct resource 被包進platform_device，實現與 struct platform_device關聯。
允許驅動程式被實例化為多個功能類似的設備，但具有不同的地址、irq等。
硬體資源如時針、IO口等的分配現在基本基於設備樹，對於設備樹這裡不展開，後面有機會總結分享，這裡舉個慄子：

uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,omap3-uart";
    ti,hwmods = "uart1";
    clock-frequency = <48000000>;
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <72>;
    status = "disabled";
};

platform_driver實例

以samsung.c 串口驅動程式為例：

/*相容匹配表*/
static const struct platform_device_id s3c24xx_serial_driver_ids[] = {
	{
		.name		= "s3c2410-uart",
		.driver_data	= S3C2410_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c2412-uart",
		.driver_data	= S3C2412_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c2440-uart",
		.driver_data	= S3C2440_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s3c6400-uart",
		.driver_data	= S3C6400_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "s5pv210-uart",
		.driver_data	= S5PV210_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "exynos4210-uart",
		.driver_data	= EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA,
	}, {
		.name		= "exynos5433-uart",
		.driver_data	= EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA,
	},
	{ },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(platform, s3c24xx_serial_driver_ids);

#ifdef CONFIG_OF
/*設備樹對應解析匹配表*/
static const struct of_device_id s3c24xx_uart_dt_match[] = {
	{ .compatible = "samsung,s3c2410-uart",
		.data = (void *)S3C2410_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c2412-uart",
		.data = (void *)S3C2412_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c2440-uart",
		.data = (void *)S3C2440_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s3c6400-uart",
		.data = (void *)S3C6400_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,s5pv210-uart",
		.data = (void *)S5PV210_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,exynos4210-uart",
		.data = (void *)EXYNOS4210_SERIAL_DRV_DATA },
	{ .compatible = "samsung,exynos5433-uart",
		.data = (void *)EXYNOS5433_SERIAL_DRV_DATA },
	{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, s3c24xx_uart_dt_match);
#endif
/*串口設備驅動實體*/
static struct platform_driver samsung_serial_driver = {
	.probe		= s3c24xx_serial_probe,
	.remove		= s3c24xx_serial_remove,
	.id_table	= s3c24xx_serial_driver_ids,
	.driver		= {
		.name	= "samsung-uart",
		.pm	= SERIAL_SAMSUNG_PM_OPS,
		.of_match_table	= of_match_ptr(s3c24xx_uart_dt_match),
	},
};

總結一下

對於做嵌入式Linux驅動開發，個人體會是先對匯流排驅動模型有一個相對清晰的概念認識會比較好，而平臺設備以及平臺設備驅動模型同樣是衍生於匯流排驅動模型，這樣從體繫結構上就變得相對統一了。平臺設備及驅動在嵌入式系統里大量應用，很多SOC內置了大量豐富的各類設備介面，這些介面往往都是通過處理器內部匯流排進行直接定址的，這類型的設備幾乎都是通過平臺設備及驅動模型進行抽象實施的，所以深入理解平臺設備/平臺設備驅動模型，無疑對開發此類設備驅動程式大有助益。
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