嵌入式硬件学习（十一）—— platform驱动框架

一、驱动程序分离

1、分离的概念

驱动分离是指将驱动程序中与硬件直接相关的部分 和与硬件无关的部分 分开，使得同一类设备的驱动可以共享通用代码 ，只需针对不同硬件实现特定的部分。

2、分离的作用

提高代码复用：通用代码可以被多个硬件平台共享
降低开发难度：开发者只需关注硬件特定的部分
增强可移植性：更容易将驱动移植到新平台

3、分离的实现方式

a) 设备与驱动分离

Linux设备模型的核心思想之一，通过platform_device和platform_driver实现：

c 复制代码

/* 设备部分 - 描述硬件资源 */
static struct platform_device my_device = {
    .name = "my_device",
    .id = -1,
    .resource = my_resources,
    .num_resources = ARRAY_SIZE(my_resources),
};

/* 驱动部分 - 实现操作逻辑 */
static struct platform_driver my_driver = {
    .probe = my_probe,
    .remove = my_remove,
    .driver = {
        .name = "my_device",
    },
};

b) 使用设备树(Device Tree)

将硬件描述信息从代码中分离出来，放在DTS文件中：

dts 复制代码

my_device {
    compatible = "vendor,my-device";
    reg = <0x12345678 0x1000>;
    interrupts = <0 45 4>;
};

驱动通过of_match_table匹配设备：

c 复制代码

static const struct of_device_id my_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-device" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_of_match);

static struct platform_driver my_driver = {
    .driver = {
        .name = "my_device",
        .of_match_table = my_of_match,
    },
    .probe = my_probe,
    .remove = my_remove,
};

二、如何实现驱动程序分层、分离

1、简介

把驱动程序编写所涉及的两个方面抽象出来
device：与硬件相关的概念，称为设备；
driver：与逻辑相关的概念，称为驱动。

可以为这二者分别编写驱动模块，二者各自分开编写便是分离，从而使之可以各自独立变化，以提高代码的复用性 。那么问题来了，既然二者分别是不同的驱动模块，那么driver由如何去找到对应的device呢？

这里需要引入另外一个概念： bus即总线 。也就是说，驱动和设备都各自挂载到一条总线上 ，该总线上可以挂载n个驱动和m个设备，驱动和设备必须具有一种机制，使之能够找到彼此，进而实现对设备的操作。需要注意的是， bus既可以是具体的，也可以是抽象的。platform便是Linux操作系统提供的一根抽象的总线。

2、数据类型

platform总线驱动程序中我们要涉及三个方面的数据类型platform_device、 bus_type和platform_driver 。

platform_device：这个数据类型是用于描述设备的，而且这里linux 使用了面向对象程序设计思想中的继承概念(is-a) ，platform_device继承自device ---我们只要记住platform_device将自动拥有来自于device的一切成员。此外platform_device还拥有(has-a)resource ，这个概念是面向对象的组合。由于platform_device拥有一个resource，因此platform_device就可以使用resource所提供的所有成员， resource的作用就是提供一个接口，向驱动程序传递硬件资源信息 ；
platform_driver：该数据类型继承自 device_driver ，同样也自动拥有来自于device_driver 的所有成员；
3. bus_type：linux系统为我们用该数据类型创建了一个变量--- platform_bus_type，注意，这是个变量名而非类型名！也就是说我们压根不需要定义一个什么platform_bus_type类型变量，这个就是变量本身。顾名思义，这个东东就是Linux系统提供的那条现成的平台总线。

三、驱动编写

1、platform_device编写

device模块：在模块初始化时注册platform_device ，卸载模块时注销即可。

c 复制代码

static int __init led_device_init(void)
{
   return platform_device_register(&led_device);
}

static void __exit led_device_exit(void)
{
   platform_device_unregister(&led_device);
}

在注册前必须创建一个platform_device变量并初始化

c 复制代码

struct platform_device led_device = 
{
	.name = "Mini2440_leds",
	.id = -1,
	.dev = 
	{
		.release = led_release
	},
	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
	.resource = led_resources
};

成员resource和release的初始化

c 复制代码

void led_release(struct device *dev)
{
	printk("leds has been released\n");
}

static struct resource led_resources[] = 
{
	[0] = 
	{
		.start = 0x56000010,
		.end = 0x56000010 + 8,
		.name = "led1~4",
		.flags = IORESOURCE_IO
	}
};

2、platform_driver编写

首先是注册和注销

c 复制代码

static int __init led_driver_init(void)
{
	return platform_driver_register(&led_driver);
}

static void __exit led_driver_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&led_driver);
}

在注册前首先要初始化结构体，注意这里的name必须和device的name一致

c 复制代码

static struct platform_driver led_driver = 
{
	.driver = 
	{
		.name = "Mini2440_leds",
		.owner = THIS_MODULE
	},
	.probe = led_probe,
	.remove = led_remove
};

在probe函数中取出device中的资源，并注册字符设备

c 复制代码

static  int led_probe(struct platform_device *dev)
{
	int ret ;
	unsigned int GPBCON;
	printk("led_probe\n");
	ret = misc_register(&led_dev);
	if(ret)
	{
		return ret;
	}

	GPBCON = dev->resource[0].start;
	regGPBCON = ioremap(GPBCON, 8);
	regGPBDAT = regGPBCON + 1;

	*regGPBCON &= ~((3 << 10) | (3 << 12) | (3 << 14) | (3 << 16));
	*regGPBCON |= (1 << 10) | (1 << 12) | (1 << 14) | (1 << 16);

	 *regGPBDAT |= (0x0F << 5);

	return 0;
}

剩下的部分就和之前的字符设备类似了

c 复制代码

unsigned int *regGPBCON;
unsigned int *regGPBDAT;
int led_driver_open(struct inode *p_node, struct file *fp)
{
	printk("open\n");
	return 0;
}

ssize_t led_driver_read(struct file *fp, char __user *user_buffer, size_t n, loff_t * offset)
{
	printk("read\n");
	return 0;
}

void ledOn(unsigned int n)
{
	 *regGPBDAT |= (0x0F << 5);
	if(n < 1 || n > 4)
	{
		return;
	}
	*regGPBDAT &= ~(1 << (n + 4));
}

ssize_t led_driver_write(struct file *fp, const char __user *user_buffer, size_t n, loff_t *offset)
{
	char s[10];
	
	copy_from_user(s, user_buffer, n);
	ledOn(s[0]);

	printk("write\n");
	return n;
}

int led_driver_close(struct inode *p_node, struct file *fp)
{
	printk("close\n");
	return 0;
}

struct file_operations fops =
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.release = led_driver_close,
	.open = led_driver_open,
	.read = led_driver_read,
	.write = led_driver_write,
};

static struct miscdevice led_dev = 
{
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.fops = &fops,
	.name = "led"
};

3、完整代码

（1）platform_device.c

c 复制代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>

void led_release(struct device *dev)
{
	printk("leds has been released\n");
}

static struct resource led_resources[] = 
{
	[0] = 
	{
		.start = 0x56000010,
		.end = 0x56000010 + 8,
		.name = "led1~4",
		.flags = IORESOURCE_IO
	}
};

struct platform_device led_device = 
{
	.name = "Mini2440_leds",
	.id = -1,
	.dev = 
	{
		.release = led_release
	},
	.resource = led_resources,
	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources)
};

static int __init led_device_init(void)
{
	return platform_device_register(&led_device);
}

static void __exit led_device_exit(void)
{
	platform_device_unregister(&led_device);
}

module_init(led_device_init);
module_exit(led_device_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");

（2）platform_driver.c

c 复制代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

unsigned int *regGPBCON;
unsigned int *regGPBDAT;
int led_driver_open(struct inode *p_node, struct file *fp)
{
	printk("open\n");
	return 0;
}

ssize_t led_driver_read(struct file *fp, char __user *user_buffer, size_t n, loff_t * offset)
{
	printk("read\n");
	return 0;
}

void ledOn(unsigned int n)
{
	 *regGPBDAT |= (0x0F << 5);
	if(n < 1 || n > 4)
	{
		return;
	}
	*regGPBDAT &= ~(1 << (n + 4));
}

ssize_t led_driver_write(struct file *fp, const char __user *user_buffer, size_t n, loff_t *offset)
{
	char s[10];
	
	copy_from_user(s, user_buffer, n);
	ledOn(s[0]);

	printk("write\n");
	return n;
}

int led_driver_close(struct inode *p_node, struct file *fp)
{
	printk("close\n");
	return 0;
}

struct file_operations fops =
{
	.owner = THIS_MODULE,
	.release = led_driver_close,
	.open = led_driver_open,
	.read = led_driver_read,
	.write = led_driver_write,
};

static struct miscdevice led_dev = 
{
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.fops = &fops,
	.name = "led"
};

static  int led_probe(struct platform_device *dev)
{
	int ret ;
	unsigned int GPBCON;
	printk("led_probe\n");
	ret = misc_register(&led_dev);
	if(ret)
	{
		return ret;
	}

	GPBCON = dev->resource[0].start;
	regGPBCON = ioremap(GPBCON, 8);
	regGPBDAT = regGPBCON + 1;

	*regGPBCON &= ~((3 << 10) | (3 << 12) | (3 << 14) | (3 << 16));
	*regGPBCON |= (1 << 10) | (1 << 12) | (1 << 14) | (1 << 16);

	 *regGPBDAT |= (0x0F << 5);

	return 0;
}

int led_remove(struct platform_device *dev)
{
	printk("led_remove\n");
	misc_deregister(&led_dev);
	return 0;
}

static struct platform_driver led_driver = 
{
	.driver = 
	{
		.name = "Mini2440_leds",
		.owner = THIS_MODULE
	},
	.probe = led_probe,
	.remove = led_remove

};

static int __init led_driver_init(void)
{
	return platform_driver_register(&led_driver);
}

static void __exit led_driver_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&led_driver);
}

module_init(led_driver_init);
module_exit(led_driver_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");