Linux驱动开发—创建总线，创建属性文件

Trump. yang2024-08-29 15:38

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1.什么是BUS？

在 Linux 内核中，总线（Bus）是用于描述系统中各类设备之间连接关系的一个抽象概念。总线不仅仅指物理上的数据传输路径，也可以是逻辑上的连接结构。Linux 内核通过总线来组织和管理系统中的设备，并提供统一的接口和框架，以便设备驱动程序可以与硬件进行交互。

1.1总线的主要概念

  1. 总线类型（Bus Type） :
    • 总线类型表示一种特定的总线协议或标准，比如 PCI、I2C、USB、SPI 等。每种总线类型都由内核中的一个 struct bus_type 结构体表示，它定义了该总线类型的操作和行为，如设备注册、探测等。
  2. 设备（Device） :
    • 设备是连接在总线上的硬件组件，通常表示一个物理设备。Linux 使用 struct device 来表示系统中的每一个设备，该结构体包含了设备的各种信息，比如设备名称、状态、父设备等。
  3. 驱动程序（Driver） :
    • 驱动程序是用于控制设备的代码，通常是与某一特定总线上的设备相对应的。Linux 使用 struct device_driver 表示一个驱动程序，它包括了驱动程序与设备交互的各种函数指针，如探测函数（probe）、移除函数（remove）等。
  4. 设备树（Device Tree） :
    • 设备树是描述硬件布局的一个数据结构，通常用于嵌入式系统中。设备树文件通过描述硬件资源和连接关系，帮助内核在启动时正确地识别和初始化硬件设备。

1.2总线的操作

  • 设备注册与匹配: 当一个设备连接到系统时，它会被注册到与之对应的总线类型中。然后，内核会通过设备与驱动程序之间的匹配机制，将设备与相应的驱动程序关联起来。匹配过程基于设备 ID、兼容性字符串或其他总线特定的信息。
  • 探测与初始化: 一旦设备与驱动程序匹配成功，总线的探测函数会被调用，驱动程序将尝试初始化设备。如果探测成功，设备就可以被操作了。
  • 电源管理: 总线通常还负责设备的电源管理，比如设备的挂起和恢复操作。

1.3总线的实现

在 Linux 内核中，每种总线类型通常都有一个独立的子系统。这个子系统负责实现该总线类型的特定操作，如设备的探测、注册、驱动程序的加载和卸载等。

示例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kobject.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/device.h>
/*
struct bus_type {
	const char		*name;
	const char		*dev_name;
	struct device		*dev_root;
	const struct attribute_group **bus_groups;
	const struct attribute_group **dev_groups;
	const struct attribute_group **drv_groups;

	int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
	int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
	int (*probe)(struct device *dev);
	int (*remove)(struct device *dev);
	void (*shutdown)(struct device *dev);

	int (*online)(struct device *dev);
	int (*offline)(struct device *dev);

	int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
	int (*resume)(struct device *dev);

	int (*num_vf)(struct device *dev);

	const struct dev_pm_ops *pm;

	const struct iommu_ops *iommu_ops;

	struct subsys_private *p;
	struct lock_class_key lock_key;
};

*/
//进行名称匹配
static int my_bus_match (struct device *dev, struct device_driver *drv){
    printk("match success\n");
    return  (strcmp(dev_name(dev),drv->name)==0);
}
static int my_bus_probe(struct device *dev){
    printk("new device probe success\n");
    struct device_driver *drv = dev->driver;    
    if(drv->probe){
        drv->probe(dev);
    }
    return 0;
}

//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {
    .name = "my_bus",
    .match = my_bus_match,
    .probe = my_bus_probe,
};

static int __init my_bus_init(void)
{
    int ret =  bus_register(&my_bus_type);
    printk("bus_register success!\n");
    return ret;
}

static void __exit my_bus_exit(void)
{
    bus_unregister(&my_bus_type);
}
module_init(my_bus_init);
module_exit(my_bus_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");

2.创建总线关键结构体解析

2.1注册总线到系统

使用bus_registerAPI 来完成注册

函数原型：

extern int __must_check bus_register(struct bus_type *bus);

传入的参数为:struct bus_type *bus

2.2 struct bus_type *bus 解析

结构体构成：

struct bus_type {
	const char		*name;
	const char		*dev_name;
	struct device		*dev_root;
	const struct attribute_group **bus_groups;
	const struct attribute_group **dev_groups;
	const struct attribute_group **drv_groups;
	int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
	int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
	int (*probe)(struct device *dev);
	int (*remove)(struct device *dev);
	void (*shutdown)(struct device *dev);
	int (*online)(struct device *dev);
	int (*offline)(struct device *dev);
	int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
	int (*resume)(struct device *dev);
	int (*num_vf)(struct device *dev);
	const struct dev_pm_ops *pm;
	const struct iommu_ops *iommu_ops;
	struct subsys_private *p;
	struct lock_class_key lock_key;
};

初学驱动，只需关注几个关键参数:

  • name：总线名称
  • match：匹配函数
  • probe：探测函数
  • remove：移除函数

我们只需实现对应的函数即可

1. my_bus_match 函数

static int my_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv) {
    printk("match success\n");
    return (strcmp(dev_name(dev), drv->name) == 0);
}
  • 函数功能 : my_bus_match 函数用于判断一个设备（dev）和一个驱动程序（drv）是否匹配。如果匹配成功，则返回非零值；否则返回零。
  • 参数 :
    • struct device *dev: 指向设备对象的指针，表示当前总线上的某个设备。
    • struct device_driver *drv: 指向驱动程序对象的指针，表示当前总线上的某个驱动程序。
  • 工作流程 :
    • dev_name(dev): 这是一个内核函数，用于获取设备的名称，实际上是设备的 dev_name 字段。
    • drv->name: 这是驱动程序结构体中的 name 字段，通常由驱动程序的开发者在定义驱动程序时指定。
    • strcmp(dev_name(dev), drv->name) == 0: 使用 strcmp 函数对设备名称和驱动程序名称进行比较。如果两者相等，strcmp 返回 0，表示匹配成功。
    • 如果设备名称与驱动程序名称匹配，my_bus_match 返回 1，否则返回 0。
  • printk("match success\n"); :
    • 这是一个内核中的打印函数，用于输出调试信息到内核日志中。当函数执行时，这条消息会被打印出来，表明匹配操作正在进行。

2. my_bus_probe 函数

static int my_bus_probe(struct device *dev) {
    printk("new device probe success\n");
    struct device_driver *drv = dev->driver;
    if (drv->probe) {
        drv->probe(dev);
    }
    return 0;
}
  • 函数功能 : my_bus_probe 函数在设备与驱动程序匹配成功后被调用，负责对设备进行初始化。
  • 参数 :
    • struct device *dev: 指向设备对象的指针，表示当前要被初始化的设备。
  • 工作流程 :
    • struct device_driver *drv = dev->driver;: 通过设备对象的 driver 字段，获取与该设备关联的驱动程序对象。
    • if (drv->probe): 检查驱动程序对象中是否定义了 probe 函数。probe 函数通常由驱动程序开发者实现，用于初始化设备的硬件资源。
    • drv->probe(dev);: 如果 probe 函数存在，则调用它，并将当前设备对象传递给它。通过这个步骤，驱动程序可以对设备进行实际的硬件初始化操作。
  • 返回值: 该函数总是返回 0，表示探测操作成功。

3.实验结果分析

当加载注册总线模块到系统之后

可以看出在 /sys/bus下出现了注册的新总线名称为 my_bus

进入my_bus 目录，可以看到自动生成的目录和文件

devices 目录: 列出所有连接到该总线的设备。

drivers 目录: 列出所有注册到该总线的驱动程序。

drivers_autoprobe 文件: 控制自动探测新设备。

drivers_probe 文件: 手动触发设备探测过程。

uevent 文件: 生成和管理发送到用户空间的事件通知。

以下是这些文件和目录的详细分析：

1. devices 目录

  • 作用:

    • 该目录包含当前已注册在此总线上的所有设备的符号链接。每个符号链接指向 /sys/devices/ 中相应设备的目录。
    • 这些链接使得用户可以通过 /sys/bus/<bus_name>/devices/ 轻松访问挂载在该总线上的所有设备。

  • 结构:

    • 对于每个连接到该总线的设备，该目录中会生成一个符号链接，如 <device_name>，指向 /sys/devices/ 下的实际设备目录。

2. drivers 目录

  • 作用:

    • 该目录包含所有注册到此总线类型的驱动程序的符号链接。每个符号链接指向 /sys/bus/<bus_name>/drivers/ 中相应驱动程序的目录。
    • 驱动程序通过这些链接来管理它们控制的设备。

  • 结构:

    • 该目录下的每个子目录或符号链接通常以驱动程序名称命名，代表一个特定的驱动程序。
    • 驱动程序目录内可能包含控制和状态文件，例如 bind、unbind，用于手动绑定和解绑设备。

3. drivers_autoprobe 文件

  • 作用:

    • 这是一个与自动探测（autoprobe）相关的开关。它决定了是否自动探测并绑定新连接到总线的设备。
    • 当内核检测到新设备时，如果 drivers_autoprobe 处于启用状态（通常为 1），则会自动调用驱动程序的 probe 函数对设备进行初始化。

  • 操作:

    • 可以通过 echo 1 > drivers_autoprobe 启用自动探测。
    • 可以通过 echo 0 > drivers_autoprobe 禁用自动探测。

4. drivers_probe 文件

  • 作用:

    • 这是一个手动触发设备探测（probe）过程的接口。写入该文件可以手动触发驱动程序对未被探测的设备进行探测。

  • 操作:

    • 通过向该文件写入设备的名称，系统将尝试为该设备触发驱动程序的 probe 函数。
    • 例如，echo "<device_name>" > drivers_probe 将手动触发对名为 <device_name> 的设备的探测。

5. uevent 文件

  • 作用:

    • uevent 文件用于向用户空间发送与该总线相关的 uevent，它们通常用于通知 udev 或其他用户空间工具进行设备的自动配置。
    • 这些事件包括设备的添加、移除、绑定、解绑等操作。

  • 操作:

    • 可以手动向该文件写入特定事件，触发用户空间的响应。
    • 常见用法：写入特定字符串以生成自定义 uevent，例如 echo "add" > uevent，会通知用户空间设备已添加。

4.在总线目录下创建属性文件

与kobject 创建属性文件操作基本一致：传送门---Linux驱动开发---设备模型框架 kobject创建属性文件-CSDN博客

在 Linux 内核中，通过 kobject 和 bus 创建属性文件的方式非常相似。这是因为这两者都基于 sysfs 接口，而 sysfs 是通过 kobject 来管理文件和目录的。

基础结构:

  • 无论是 kobject 还是 bus，属性文件的创建最终都是通过内核提供的 sysfs 文件系统实现的。sysfs 是一个内核对象模型（Kobject-based）文件系统，用于暴露内核中的信息和配置接口给用户空间。

属性文件的定义:

  • 无论使用 kobject 还是 bus，属性文件的定义方式类似，都是通过定义 show 和 store 函数，然后通过相应的宏（如 __ATTR、BUS_ATTR）将它们绑定到属性文件上。

创建和移除属性:

  • sysfs 中的属性文件创建和移除过程本质上都涉及对 kobject 及其相关数据结构的操作。在 bus 中创建属性文件时，其实是通过底层的 kobject 机制来完成的。

示例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kobject.h>
#include <linux/sysfs.h>
#include <linux/device.h>
//进行名称匹配
static int my_bus_match (struct device *dev, struct device_driver *drv){
    printk("match success\n");
    return  (strcmp(dev_name(dev),drv->name)==0);
}
static int my_bus_probe(struct device *dev){
    printk("new device probe success\n");
    struct device_driver *drv = dev->driver;    
    if(drv->probe){
        drv->probe(dev);
    }
    return 0;
}

//注册总线的关键结构体
struct bus_type my_bus_type = {
    .name = "my_bus",
    .match = my_bus_match,
    .probe = my_bus_probe,
};

// 在总线目录下创建属性文件 与 kobject 创建属性文件 类似
static ssize_t my_bus_show(struct bus_type *bus, char *buf) {
    return sprintf(buf, "Hello from the bus attribute!\n");
}

static ssize_t my_bus_store(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count) {
    pr_info("Received from userspace: %s\n", buf);
    return count;
}
static BUS_ATTR(my_bus_attr, 0664, my_bus_show, my_bus_store);
static int __init my_bus_init(void)
{
    int ret;
    // 注册总线
    ret = bus_register(&my_bus_type);
    if (ret)
        return ret;

    // 添加属性文件到总线
    ret = bus_create_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);
    if (ret)
        bus_unregister(&my_bus_type);

    return ret;
}

static void __exit my_bus_exit(void)
{
	// 移除属性文件
    bus_remove_file(&my_bus_type, &bus_attr_my_bus_attr);
    bus_unregister(&my_bus_type);
}
module_init(my_bus_init);
module_exit(my_bus_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of bus registration");

结果如下：

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