Linux设备管理的简单分析
首先给出几个常见概念：class、bus、device、device driver、platform_device、platform_driver
系统中，关系简图如下（从总线bus的角度分析）
可以看到device和device driver必须依附于某一种总线。就是说总线下面挂着一些已经注册过的设备，一个设备对应着一个设备驱动。
如果从类别class的角度分析，这些设备就会被分为具体的设备，比如：声卡、网卡、输入设备等。
在目录/sys下，class、bus、device之间的关系如下图：
在linux中，有一种虚拟总线叫做platform，Linux2.6版本以后的设备驱动，需要关心总线，设备，驱动这3个实体。总线将设备和驱动绑定。系统每注册一个设备的时候，会寻找与之匹配的驱动；系统每注册一个驱动的时候，会寻找与之匹配的设备。
一个现实的linux设备和驱动通常都需要挂接在一个总线上，对于本身依附于PCI,USB，I2C等设备，挂接在总线上自然不是问题。但是对于嵌入式系统，SOC集成了独立外设控制器，挂接在SOC内存空间的外设等却不依附于此类总线。基于此背景，linux发明了一种虚拟总线——platform总线，相应的设备成为platform_device，驱动称为platform_driver。
设备或者驱动注册的时候都会触发总线调用match函数来寻找目前总线是否挂载有与该设备(或驱动)名字匹配的驱动(或设备)，如果存在则将双方绑定。
简单分析就到此，后续还有对设备管理的深入分析。
Linux系统解析dts
Linux系统需要根据设备树填充如下结构体：
- struct property {
- char *name; /* property full name */
- int length; /* property value length */
- void *value; /* property value */
- struct property *next; /* next property under the same node */
- unsigned long _flags;
- unsigned int unique_id;
- struct bin_attribute attr; /* 属性文件，与sysfs文件系统挂接 */
- };
同一个node节点下面的所有属性通过property.next指针进行链接，形成一个单链表。
- struct device_node {
- const char *name; /* node的名称，取最后一次“/”和“@”之间子串 */
- const char *type; /* device_type的属性名称，没有为<NULL> */
- phandle phandle; /* phandle属性值 */
- const char *full_name; /* 指向该结构体结束的位置，存放node的路径全名，例如：/chosen */
- struct fwnode_handle fwnode;
- struct property *properties; /* 指向该节点下的第一个属性，其他属性与该属性链表相接 */
- struct property *deadprops; /* removed properties */
- struct device_node *parent; /* 父节点 */
- struct device_node *child; /* 子节点 */
- struct device_node *sibling; /* 姊妹节点，与自己同等级的node */
- struct kobject kobj; /* sysfs文件系统目录体现 */
- unsigned long _flags; /* 当前node状态标志位，见/include/linux/of.h line124-127 */
- void *data;
- };
设备树中的每一个node节点经过内核kernel处理都会生成一个struct device_node的结构体，struct device_node最终一般会被挂接到具体的struct device结构体。
关于linux解析dtb的详细过程，建议参考文章
http://www.wowotech.net/device_model/dt-code-file-struct-parse.html。
这里以arm、内核版本linux-4.15.9为例，简单分析一下如何解析dts。
Uboot阶段，会将dtb的地址放入r2地寄存器，传给linux内核kernel。
看看解析部分代码，函数调用流程：
__init setup_arch(char **cmdline_p)
|
setup_machine_fdt(__atags_pointer);//获取设备描述符，其中启动信息__atags_pointer是在文件arch/arm/kernel/head-common.S:139中赋值的。
|
early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys))//检查dtb的文件结构
|
of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);//从根节点获取最匹配描述符
|
early_init_dt_scan_nodes();//前期扫描设备树，获取启动参数、根节点长度描述信息、解析内存描述节点
|
unflatten_device_tree();//开始把整个设备树完整的解析出来
|
__unflatten_device_tree(initial_boot_params,NULL,&of_root,early_init_dt_alloc_memory_arch, false);//这里全局静态指针变量of_root会指向最终解析出来的设备树
|
unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);//第一次扫描，得到设备树的大小
|
early_init_dt_alloc_memory(size + 4, __alignof__(struct device_node));//申请内存存放设备树
|
unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes);//第二次扫描，解析出来放到上面申请的内存中，同时Mynodes指向该内存，即of_root
|
of_alias_scan(early_init_dt_alloc_memory_arch);//解析chosen和aliases，静态指针变量of_aliases、of_chosen会指向解析出来的chosen、aliases。
|
arm_dt_init_cpu_maps();//解析cpu节点信息，更新cpu掩码等
|
有关设备树的解析部分就结束了。
实例分析
随机选取设备树文件arch/arm/boot/dts/imx6q-gk802.dts
- GPIO实例分析
设备树节点信息描述如下
gpio-keys {
compatible = "gpio-keys";
recovery-button {
label = "recovery";
gpios = <&gpio3 16 1>;
linux,code = <0x198>; /* KEY_RESTART */
wakeup-source;
};
};
对驱动文件gpio_keys.c进行分析，
gpio_keys_probe(struct platform_device *pdev);//是驱动的初始化函数，只有当驱动和设备匹配上了，才会触发调用此函数
怎么匹配呢？根据device_id进行匹配
static const struct of_device_id gpio_keys_of_match[] = {
{ .compatible = "gpio-keys", },
{ },
};
可以看到gpio_keys_of_match[0].compatible = "gpio-keys"刚好和设备树的节点gpio-keys的compatible属性匹配compatible = "gpio-keys";
具体匹配过程分析：
static int __init gpio_keys_init(void)
{
return platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver);
}
platform_driver_register注册驱动的时候，会查看驱动是否与总线platform上的设备匹配，如果匹配就会回调probe函数，完成驱动的初始化动作。（这里总线platform上有一个device node结构体指针，指向设备树该过程后续分析）。
结论：
如果想要驱动和设备树匹配，需要做以下步骤：
- 定义一个of_device_id静态数组，例如
static const struct of_device_id gpio_keys_of_match[] = {
{ .compatible = "gpio-keys", },
{ },
};
Compatible的值需要和设备树相同。
- 定义一个platform_driver静态数组，例如
static struct platform_driver gpio_keys_device_driver = {
.probe = gpio_keys_probe,
.driver = {
.name = "gpio-keys",
.pm = &gpio_keys_pm_ops,
.of_match_table = gpio_keys_of_match,
}
};
最后调用platform_driver_register(&gpio_keys_device_driver)完成注册。