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linux文件系统的系统分析--(十六)sysfs和设备模型--从platform和rtc来感受设备模型

时间:2016-02-22 13:12来源:linux.it.net.cn 作者:IT

    分析文件系统后,再分析设备模型,从而自然的理解了sysfs和设备模型的关系.既然linux2.6引入了设备模型和sysfs,那肯定是比之前更为先进的.下面要分析下内核中如何利用设备模型去管理设备的,在内核的driver目录下有好多子目录,比如iic spi pci input usb这些子系统的框架,这些框架都是在设备模型的模型之上再去抽象的.我们仅以platform这种虚拟的总线类型和rtc这种基本的类设备来感受下设备模型.具体的软硬件环境是:linux2.6.34.1和s3c2440.

        platform这种总线的初始化是很早的,基本上在设备模型的核心初始化之后就开始做初始化了.在driver_init中有这么两行注释说的很明白的:

        /* These are the core pieces */

        /* These are also core pieces, but must come after the
* core core pieces.
*/

        第一句注释指的就是devices buses classes等的初始化,而第二句注释指的就有platform bus的初始化:

 

[cpp] view plain copy
 
  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.     error =  bus_register(&platform_bus_type);  
  11.     if (error)  
  12.         device_unregister(&platform_bus);  
  13.     return error;  
  14. }  

          初始化动作很简单,初始化了名为platform的设备,在/sys/devices有了platform的目录;初始化了platform的总线,在/sys/bus目录下有了platform的目录,在platform的目录下面有:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. drwxr-xr-x  4 root root    0 2012-04-15 13:52 .  
  2. drwxr-xr-x 22 root root    0 2012-04-15 13:51 ..  
  3. drwxr-xr-x  2 root root    0 2012-04-15 13:52 devices  
  4. drwxr-xr-x 19 root root    0 2012-04-15 13:52 drivers  
  5. -rw-r--r--  1 root root 4096 2012-04-15 13:52 drivers_autoprobe  
  6. --w-------  1 root root 4096 2012-04-15 13:52 drivers_probe  
  7. --w-------  1 root root 4096 2012-04-15 13:52 uevent  
           说完了platform总线的初始化,就要说说rtc类的初始化:

 

           在drivers/rtc/class.c中:

           subsys_initcall(rtc_init)-->rtc_init

[cpp] view plain copy
 
  1. static int __init rtc_init(void)  
  2. {  
  3.     rtc_class = class_create(THIS_MODULE, "rtc");  
  4.     if (IS_ERR(rtc_class)) {  
  5.         printk(KERN_ERR "%s: couldn't create class\n", __FILE__);  
  6.         return PTR_ERR(rtc_class);  
  7.     }  
  8.     rtc_class->suspend = rtc_suspend;  
  9.     rtc_class->resume = rtc_resume;  
  10.     rtc_dev_init();  
  11.     rtc_sysfs_init(rtc_class);  
  12.     return 0;  
  13. }  
           主要做了三个工作:1.rtc class的注册,在/sys/class下有了rtc目录;2.rtc_dev_init();获取设备号:rtc_devt;3.在rtc_sysfs_init中将rtc_class的dev_attrs类设备属性(struct device_attribute *dev_attrs)指向了rtc_attrs

 

           rtc_attrs的定义如下:

           

[cpp] view plain copy
 
  1. static struct device_attribute rtc_attrs[] = {  
  2.     __ATTR(name, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_name, NULL),  
  3.     __ATTR(date, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_date, NULL),  
  4.     __ATTR(time, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_time, NULL),  
  5.     __ATTR(since_epoch, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_since_epoch, NULL),  
  6.     __ATTR(max_user_freq, S_IRUGO | S_IWUSR, rtc_sysfs_show_max_user_freq,  
  7.             rtc_sysfs_set_max_user_freq),  
  8.     __ATTR(hctosys, S_IRUGO, rtc_sysfs_show_hctosys, NULL),  
  9.     { },  
  10. };  
            类设备属性文件何时会建立,前面在分析devices时,有device_add-->device_add_attrs,在device_add_attrs函数中,如果device从属于某个class的话,就会建立这些类设备

 

属性文件.这些类设备属性文件放在/sys/device下某个具体设备目录下面.这些类设备属性基本上都是可读的.
           

            分析完platform bus和rtc class后,对于s3c2440下的rtc,还有哪些具体的工作要做呢?just go on!!
            

             先看下platform_device结构体在device结构体之上的封装:

[cpp] view plain copy
 
  1. struct platform_device {  
  2.     const char  * name;  
  3.     int     id;  
  4.     struct device   dev;  
  5.     u32     num_resources;  
  6.     struct resource * resource;  
  7.   
  8.     const struct platform_device_id *id_entry;  
  9.   
  10.     /* arch specific additions */  
  11.     struct pdev_archdata    archdata;  
  12. };  

             定义s3c2440 rtc这个platform_device如下:

 

 

[cpp] view plain copy
 
  1. struct platform_device s3c_device_rtc = {  
  2.     .name         = "s3c2410-rtc",  
  3.     .id       = -1,  
  4.     .num_resources    = ARRAY_SIZE(s3c_rtc_resource),  
  5.     .resource     = s3c_rtc_resource,  
  6. };  
           resource就包含了s3c2440 rtc的寄存器资源和中断资源.

 

           platform_device的注册是在平台初始化时完成的:

           smdk2410_init-->platform_add_devices(smdk2410_devices, ARRAY_SIZE(smdk2410_devices));
           platform_add_devices函数用于添加一组platform_device，而smdk2410_devices是一个数组:

           static struct platform_device *smdk2410_devices[],数组的其中一项就是s3c_device_rtc,这样在

           platform_add_devices-->platform_device_register

 

[cpp] view plain copy
 
  1. int platform_device_register(struct platform_device *pdev)  
  2. {  
  3.     device_initialize(&pdev->dev);  
  4.     return platform_device_add(pdev);  
  5. }  
           该函数也是分为两步,和device_register类似,先调用device_initialize初始化内嵌的device结构体,然后在platform_device_add函数中调用device_add函数添加内嵌的device结构体.当然platform_device_add在调用device_add之前做了很多工作:

 

 

[cpp] view plain copy
 
  1. if (!pdev->dev.parent)  
  2.     pdev->dev.parent = &platform_bus;  
  3.   
  4. pdev->dev.bus = &platform_bus_type;  
  5.   
  6. if (pdev->id != -1)  
  7.     dev_set_name(&pdev->dev, "%s.%d", pdev->name,  pdev->id);  
  8. else  
  9.     dev_set_name(&pdev->dev, "%s", pdev->name);  
              确定内嵌的device结构体的parent指向platform_bus,这个platform_bus就是前面在platform bus初始化时注册的一个设备;

 

              确定内嵌的device结构体的bus指向platform_bus_type

              确定内嵌的device结构体的name,这里就是s3c2410-rtc

[cpp] view plain copy
 
  1. for (i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {  
  2.     struct resource *p, *r = &pdev->resource[i];  
  3.   
  4.     if (r->name == NULL)  
  5.         r->name = dev_name(&pdev->dev);  
  6.   
  7.     p = r->parent;  
  8.     if (!p) {  
  9.         if (resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)  
  10.             p = &iomem_resource;  
  11.         else if (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)  
  12.             p = &ioport_resource;  
  13.     }  
  14.   
  15.     if (p && insert_resource(p, r)) {  
  16.         printk(KERN_ERR  
  17.                "%s: failed to claim resource %d\n",  
  18.                dev_name(&pdev->dev), i);  
  19.         ret = -EBUSY;  
  20.         goto failed;  
  21.     }  
  22. }  
              这个for循环就是将platform device的resouce管理起来,大概瞄了一眼,应该是通过tree来管理各类resouce.

 

              最后才是调用device_add函数完成内嵌device结构体在设备模型体系中的添加操作.值得一提的是:device_add会调用bus_add_device,

               bus_add_device会建立一些链接文件和属性文件,并且将设备加入到总线的设备链表中:

                              klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices);这个链表稍后就会看到driver注册是如何用到的.

               在bus_add_device之后还有一个重要步骤:bus_probe_device 为新增加的设备匹配driver:

               bus_probe_device-->device_attach-->bus_for_each_drv

               遍历bus->p->klist_drivers总线的drivers链表,把这个设备和每个driver都来用__device_attach函数匹配一下试试看:

               __device_attach首先会调用driver_match_device做个简单的匹配操作,这个匹配操作是由bus级的match函数来做的,对于platform总线,这个match函数很简单:

              platform_match-->比较设备的名称和driver的名称是否一致,如果名称一致的话,再调用driver_probe_device(drv, dev);

              driver_probe_device-->really_probe(dev, drv);

              really_probe函数作用如下:

              1.dev->driver = drv;     //device结构体的driver指针指向device_driver,证明这个device和这个driver匹配好了

              2.driver_sysfs_add(dev)    //在sysfs中建立从driver指向device的链接文件

              3.如果总线级别的probe函数指针存在,就调用总线级别的probe函数,否则如果driver级别的probe函数指针存在,就调用driver级别

                  的probe函数,对于platform总线,不存在probe,所以这里调用driver级别的probe函数.对于s3c2440 rtc这个具体情况,这里的probe

                  函数是s3c_rtc_probe,这个函数指针的获取过程还蛮曲折:

                  (

[cpp] view plain copy
 
  1. platform_driver_register中因为platform_driver级别的probe函数:s3c_rtc_probe存在,所以内嵌的driver级别的  
[cpp] view plain copy
 
  1. probe指向platform_drv_probe,而在platform_drv_probe中实际还是调用platform_driver级别的probe函数.绕了一个  
[cpp] view plain copy
 
  1. 圈子,最后调用的就是s3c_rtc_probe  
                  )

 

                 s3c_rtc_probe这个函数到后面再讲.

                 

               看完platform_device后看platform_driver:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. struct platform_driver {  
  2.     int (*probe)(struct platform_device *);  
  3.     int (*remove)(struct platform_device *);  
  4.     void (*shutdown)(struct platform_device *);  
  5.     int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);  
  6.     int (*resume)(struct platform_device *);  
  7.     struct device_driver driver;  
  8.     const struct platform_device_id *id_table;  
  9. };  
              platform_driver是在struct device_driver driver;之上封装了自己的方法:

 

              s3c2410_rtc_driver的定义如下:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. static struct platform_driver s3c2410_rtc_driver = {  
  2.     .probe      = s3c_rtc_probe,  
  3.     .remove     = __devexit_p(s3c_rtc_remove),  
  4.     .suspend    = s3c_rtc_suspend,  
  5.     .resume     = s3c_rtc_resume,  
  6.     .driver     = {  
  7.         .name   = "s3c2410-rtc",  
  8.         .owner  = THIS_MODULE,  
  9.     },  
  10. };  
             该platform_driver的注册过程如下:

 

            module_init(s3c_rtc_init);-->s3c_rtc_init-->platform_driver_register(&s3c2410_rtc_driver);

[cpp] view plain copy
 
  1. /** 
  2.  * platform_driver_register - register a driver for platform-level devices 
  3.  * @drv: platform driver structure 
  4.  */  
  5. int platform_driver_register(struct platform_driver *drv)  
  6. {  
  7.     drv->driver.bus = &platform_bus_type;  
  8.     if (drv->probe)  
  9.         drv->driver.probe = platform_drv_probe;  
  10.     if (drv->remove)  
  11.         drv->driver.remove = platform_drv_remove;  
  12.     if (drv->shutdown)  
  13.         drv->driver.shutdown = platform_drv_shutdown;  
  14.   
  15.     return driver_register(&drv->driver);  
  16. }  
              首先将内嵌的device_driver结构体的bus指针指向platform_bus_type;如果platform_driver有probe remove shutdown函数指针,就将

 

              其内嵌的device_driver结构体的probe remove shutdown函数指针指向platform_drv_probe platform_drv_remove和platform_drv_shutdown
           
              做完上面的工作后,再调用driver_register(&drv->driver)注册内嵌的device_driver.

              device_driver在分析driver的时候有讲过,只不过当时没讲的很透,原因就是没有具体的bus可以来讲,现在条件成熟了:

              driver_register-->bus_add_driver-->driver_attach

 

[cpp] view plain copy
 
  1. int driver_attach(struct device_driver *drv)  
  2. {  
  3.     return bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach);  
  4. }   

 

              就会调用bus_for_each_dev函数对bus上bus->p->klist_devices挂着的所有device,都调用__driver_attach来试着匹配.在前面我们已经看到

[cpp] view plain copy
 
  1. s3c_device_rtc已经加入到了这个链表中.  
[cpp] view plain copy
 
  1. 其实这里的__driver_attach和前面的__device_attach很类似:  
[cpp] view plain copy
 
  1. 1.同样调用driver_match_device函数做一个检验  
[cpp] view plain copy
 
  1. 2.调用driver_probe_device函数来做device和driver的最终匹配操作.  

 

              殊途同归,都指向了前面提到的s3c_rtc_probe,现在再来分析该函数:

              在s3c_rtc_probe中我们定义了一个rtc_device:struct rtc_device *rtc;

               然后是各种中断资源 IO资源等的获取和映射之类的操作,最后就是注册RTC:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. /* register RTC and exit */  
  2.   
  3. rtc = rtc_device_register("s3c", &pdev->dev, &s3c_rtcops,  
  4.               THIS_MODULE);  
  5.   
  6. if (IS_ERR(rtc)) {  
  7.     dev_err(&pdev->dev, "cannot attach rtc\n");  
  8.     ret = PTR_ERR(rtc);  
  9.     goto err_nortc;  
  10. }  
  11.   
  12. rtc->max_user_freq = 128;  
  13.   
  14. platform_set_drvdata(pdev, rtc);  

             rtc_device_register函数是注册rtc类设备的函数,只要是rtc,那不管你是soc上带的rtc,还是iic访问的rtc,抑或是spi方位的rtc,都要调用这个函数来注册rtc设备,而这也正好说明              了class的含义.

 

              最后的工作就是仔细分析这个rtc_device_register:

              1.定义一个struct rtc_device *rtc;结构体并初始化:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. rtc->id = id;  
  2. rtc->ops = ops;  
  3. rtc->owner = owner;  
  4. rtc->max_user_freq = 64;  
  5. rtc->dev.parent = dev;  
  6. rtc->dev.class = rtc_class;  
  7. rtc->dev.release = rtc_device_release;  
                  值得说明的是rtc的ops指向了s3c_rtcops操作函数结构体,
[cpp] view plain copy
 
  1. rtc->dev.parent = dev; 也就是父设备是s3c2410-rtc这个平台设备内嵌的device  
[cpp] view plain copy
 
  1. rtc->dev.class = rtc_class;  rtc设备内嵌的device的属于rtc_class  
[cpp] view plain copy
 
  1. strlcpy(rtc->name, name, RTC_DEVICE_NAME_SIZE);  //rtc设备的名称设为"s3c"  
  2. yle="white-space:pre">  </span>dev_set_name(&rtc->dev, "rtc%d", id);  //rtc设备内嵌的device的名称设置为rtc+id,id从0开始  
[cpp] view plain copy
 
  1. rtc_dev_prepare:  
[cpp] view plain copy
 
  1. rtc->dev.devt = MKDEV(MAJOR(rtc_devt), rtc->id);  //设置devt,rtc_devt是在rtc_init分配好的  
[cpp] view plain copy
 
  1. cdev_init(&rtc->char_dev, &rtc_dev_fops);   //初始化rtc设备内嵌的字符设备结构体char_dev  
               2.err = device_register(&rtc->dev);

 

                   在设备模型中注册rtc设备内嵌的device

               3.rtc_dev_add_device(rtc);

                   调用cdev_add注册rtc内嵌的字符设备char_dev,用到的设备号是rtc->dev.devt,这个字符设备的操作方法是在rtc-dev.c中定义的:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. static const struct file_operations rtc_dev_fops = {  
  2.     .owner      = THIS_MODULE,  
  3.     .llseek     = no_llseek,  
  4.     .read       = rtc_dev_read,  
  5.     .poll       = rtc_dev_poll,  
  6.     .unlocked_ioctl = rtc_dev_ioctl,  
  7.     .open       = rtc_dev_open,  
  8.     .release    = rtc_dev_release,  
  9.     .fasync     = rtc_dev_fasync,  
  10. };  
                 这个内嵌字符设备的注册,那么在/dev中就有rtc的字符设备节点文件了.

 

              4.rtc_sysfs_add_device(rtc);

                  在sysfs下创建wakealarm设备属性文件

              5.rtc_proc_add_device(rtc);

                  在proc目录下创建/proc/driver/rtc文件,这个文件的file_operations如下:

 

[cpp] view plain copy
 
  1. static const struct file_operations rtc_proc_fops = {  
  2.     .open       = rtc_proc_open,  
  3.     .read       = seq_read,  
  4.     .llseek     = seq_lseek,  
  5.     .release    = rtc_proc_release,  
  6. };  
              

 

               到此,s3c2440的rtc才加入了linux的设备模型,但是我们也看到了一大堆的操作方法,到底这些操作方法到底怎么用？

               再次罗列一下刚才出做的操作方法:

               static const struct rtc_class_ops s3c_rtcops    //rtc设备的ops(const struct rtc_class_ops *ops)指向该方法

               static const struct file_operations rtc_dev_fops  //   /dev目录下rtc字符设备文件的文件操作方法

               static const struct file_operations rtc_proc_fops  //    /proc/driver/rtc文件的文件操作方法

               

               上面有这么三类方法,仔细想一想,最基本的或者说实际的应该是s3c_rtcops,因为只有这个方法集合中的函数才有与硬件寄存器

                打交道的过程,那么/dev下面的rtc_dev_fops和 /proc/driver/rtc的rtc_proc_fops的各种方法必然依赖于这个rtc_class_ops的具体

                实现,当然sys下面的属性文件的显示方法也是最终依赖于它的.

 

                换一个方法来看,来看makefile和kconfig文件:

                在drivers/rtc下面,截取makefile和kconfig文件如下:

                rtc-core-y := class.o interface.o

                rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_DEV)  += rtc-dev.o
                rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_PROC) += rtc-proc.o
                rtc-core-$(CONFIG_RTC_INTF_SYSFS) += rtc-sysfs.o

                interface.c名为接口,但到目前为止我们尚未分析它,但它和class.c都是必须编译进kernel的,说明它很重要.

                而rtc-dev.c rtc-proc.c rtc-sysfs.c这三个文件是与/dev /proc/driver/rtc 和 /sys 相关的,看看kconfig的注释就明白了:

                这三处都是作为用户空间访问rtc设备的接口,什么接口？linux下一切都是文件,而这里的文件接口提供了三个.


                我们以/dev下的文件接口为例:

                既然是rtc,那最起码要能设置和读取时间,以interface.c中的rtc_set_time为例,

                rtc_set_time-->rtc->ops->set_time,也就是s3c_rtc_settime函数真正的干活

                而/dev下的rtc字符设备的操作函数中,我们是通过static const struct file_operations rtc_dev_fops

                中的.unlocked_ioctl = rtc_dev_ioctl,   ioctl来调用rtc_set_time的

[cpp] view plain copy
 
  1. case RTC_SET_TIME:  
  2.     mutex_unlock(&rtc->ops_lock);  
  3.   
  4.     if (copy_from_user(&tm, uarg, sizeof(tm)))  
  5.         return -EFAULT;  
  6.   
  7.     return rtc_set_time(rtc, &tm);  

            到这里,s3c2440的platform总线和rtc类设备终于较为完整的梳理了一遍,对于proc和sysfs文件的读写方法最终还是要依赖与

 

            rtc的类操作集合,具体的就不再赘述了.另外,busybox中提供hwclock命令来对时间操作,这个与rtc是息息相关的,研究一下也挺

            有意思的.

 

           最后,对这一次一齐出现的bus device driver 和class做一个总结:

           1.利用设备的模型的设备驱动和char_dev字符设备驱动完全两回事,虽然有交叉的地方,但差距相当大.在构造字符设备驱动的时候,需要做的是

              分配设备号,构造设备结构体,构造字符设备的操作集合--file_operations,基本上所有的与硬件打交道的行为都在这里完成.而在上面的分析中,

              platform_bus是用来管理特定平台的device和driver的,platform_device包含了特定硬件设备的信息,而platform_driver则包含了一些方法.而

              class是一个对同一类设备的抽象.

           2.设备模型的好处,从一路分析过来的体会来看:首先用设备模型搭建的框架使得代码的复用性更强:platform可以支持rtc iic framebuffer等多种

               设备,rtc类设备也支持soc中的rtc,spi访问的rtc或者iic访问的rtc.复用性好,代码更强大.

           3.作为一个虚拟的总线还是比较简单的,但还是可以帮助我在整体上把握设备模型,为以后分析iic input pci usb等复杂的子系统打下基础.

(责任编辑：IT)
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