Linux 总线-设备-驱动（Bus-Device-Driver）完整协作原理

一、核心三角色定义

总线 bus_type

物理总线：I2C、SPI、PCI、CAN、Platform 平台总线；

内核抽象 struct bus_type，统一管理匹配规则、探测、卸载、sysfs 接口。

作用：作为中介，负责设备和驱动匹配、管理挂载在这条总线上的所有设备/驱动。
设备 device（struct device）

描述一个真实硬件外设，保存硬件资源（地址、中断、GPIO、时钟、设备树compatible字符串）。

设备只描述「硬件有什么资源」，不含操作硬件的代码。
驱动 driver（struct device_driver / platform_driver）

包含操作硬件的代码（寄存器初始化、read/write、中断处理），提供 probe 探测函数。

驱动只描述「怎么操作硬件」，不绑定固定硬件。

二、核心协作逻辑：总线做媒人，设备、驱动自动配对

匹配核心规则

总线内部提供匹配回调函数，内核自动遍历：

新注册设备 → 遍历当前总线上所有已注册驱动，挨个匹配；
新注册驱动 → 遍历当前总线上所有已注册设备，挨个匹配；
匹配成功 → 执行驱动 .probe() 函数，完成硬件初始化；
匹配失败 → 二者保持独立，无任何交互。

不同总线匹配规则不一样：

Platform总线：匹配设备树 compatible 字符串；
I2C/SPI：匹配设备ID表；
PCI：匹配厂商ID、设备ID。

三、完整工作流程分两种场景

场景1：先有设备，后加载驱动（设备树常用，RK3568主流）

内核解析设备树，在Platform总线下创建 struct device 设备实例；
存入：总线维护的设备链表，此时只有设备，无驱动。
加载驱动 .ko，驱动调用 platform_driver_register() 向Platform总线注册 platform_driver；
总线触发匹配流程：拿驱动的id_table/compatible和总线上所有设备对比；
找到compatible完全一致的设备 → 匹配成功；
总线调用驱动的 .probe() 函数：
- probe内从device中提取硬件资源（寄存器基地址、中断、PWM引脚）；
- 初始化时钟、GPIO、寄存器；
- 内部创建cdev、class、device_create，生成/dev/xxx字符设备节点；
用户层open /dev/xxx，调用file_operations操作硬件。

场景2：先注册驱动，后出现设备（热插拔硬件，USB/I2C）

开机先加载驱动，驱动注册到对应总线，挂在驱动链表；
硬件热插入总线，内核检测到硬件，生成struct device挂入总线设备链表；
总线自动拿新设备和所有驱动匹配；
匹配成功执行probe，初始化硬件。

四、三者数据结构关联关系

struct bus_type
- 维护两条双向链表：设备链表、驱动链表；
- 核心回调：match()（匹配）、probe()、remove()、shutdown()；
- sysfs目录：/sys/bus/xxx/，存放devices、drivers子目录。
struct device（硬件）
- 挂载在对应bus的设备链表；
- 成员 bus 指向所属总线；
- 成员 driver：匹配成功后，指向绑定的驱动；
- 存放硬件资源：struct resource 寄存器、irq、dma、设备树节点。
struct device_driver（驱动代码）
- 挂载在对应bus的驱动链表；
- 成员 bus 指向所属总线；
- 内置匹配表（compatible字符串/ID列表）；
- 提供 .probe 初始化硬件，.remove 卸载释放资源。

绑定关系一句话

device.bus = 所属总线

driver.bus = 所属总线

匹配成功后 device.driver = 对应驱动

五、以你之前的PWM字符驱动举完整实例（Platform总线）

设备（设备树）

dts 复制代码

pwm_demo@10000000 {
    compatible = "rockchip,pwm-demo";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    gpios = <&gpio1 RK_PA0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

内核启动自动生成platform device，挂载到platform总线。

驱动（platform_driver）

c 复制代码

static const struct of_device_id pwm_of_match[] = {
    { .compatible = "rockchip,pwm-demo" },
    {}
};

static struct platform_driver pwm_plat_drv = {
    .probe = pwm_probe,
    .remove = pwm_remove,
    .driver = {
        .name = "pwm_drv",
        .of_match_table = pwm_of_match,
    },
};

module_platform_driver(pwm_plat_drv);

加载驱动，注册到platform总线；
总线匹配compatible字符串，匹配成功调用 pwm_probe；
probe函数内部：
解析reg获取寄存器、解析gpio、使能时钟；
执行字符设备整套流程：alloc_chrdev_region、cdev_init、cdev_add、class_create、device_create；
用户操作/dev/pwm_subsystem控制硬件；
rmmod驱动，总线调用 .remove，逆序释放硬件、销毁字符设备。

六、如果自己自定义一套全新总线（拓展你提问的"创建自己的总线"）

1. 自定义总线核心结构

定义 struct bus_type my_bus，实现match/probe/remove；

内核调用 bus_register(&my_bus) 注册全新总线。

2. 自定义设备、自定义驱动

自定义设备结构体内嵌 struct device dev；
自定义驱动内嵌 struct device_driver drv；
设备注册进自定义总线，驱动也注册到同一总线；
总线match函数实现自定义匹配规则（比如自定义硬件ID）。

3. 适用场景

极少需要自定义总线；现有Platform/I2C/SPI/PCI总线已经覆盖绝大多数外设，仅自研私有硬件协议才会新建总线。

七、总线模型核心优势（为什么Linux要这套架构）

设备、驱动完全解耦
驱动不写死寄存器地址，硬件信息全部放设备树（设备侧）；更换硬件只需改设备树，驱动代码不用修改。
一份驱动适配多个同类型硬件
只要compatible匹配，同一个驱动可以驱动多个同型号外设。
自动管理生命周期
热插拔、卸载、电源管理由总线统一调度，不用驱动单独处理。
sysfs统一可视化管理
/sys/bus/ 下可直观查看总线、挂载的设备、绑定的驱动，方便调试。

八、极简总结协作流程

总线作为统一管理容器，分别维护设备链表、驱动链表；
新增设备/驱动时，总线执行match匹配规则；
匹配成功，总线调用驱动probe完成硬件初始化；
probe中创建字符设备等交互接口，供用户层使用；
卸载时总线调用remove，释放硬件与内核资源；
设备和驱动永远不直接互相查找，全部通过总线中转配对。