操作系统_再识(Linux设备驱动程序学习-Linux设备模型（总线 设备 驱动程序和类）)

文章的例子和实验使用《LDD3》所配的lddbus模块（稍作修改）。

总线

总线是处理器和一个或多个设备之间的通道，在设备模型中, 所有的设备都通过总线相连, 甚至是内部的虚拟"platform"总线。总线可以相互插入。设备模型展示了总线和它们所控制的设备之间的实际连接。

在 Linux 设备模型中, 总线由 bus_type 结构表示, 定义在<linux/device.h>：

总线的注册和删除

总线的主要注册步骤：

（1）申明和初始化 bus_type 结构体。只有很少的 bus_type 成员需要初始化，大部分都由设备模型核心控制。但必须为总线指定名字及一些必要的方法。例如：

（2）调用bus_register函数注册总线。

调用可能失败, 所以必须始终检查返回值。若成功，新的总线子系统将被添加进系统，并可在 sysfs的 /sys/bus 下看到。之后可以向总线添加设备。

例如：

当必须从系统中删除一个总线时, 调用:

总线方法

在 bus_type 结构中定义了许多方法，它们允许总线核心作为设备核心和单独的驱动程序之间提供服务的中介，主要介绍以下两个方法:

lddbus的match和uevent方法：

对设备和驱动的迭代

若要编写总线层代码, 可能不得不对所有已经注册到总线的设备或驱动进行一些操作，这可能需要仔细研究嵌入到 bus_type 结构中的其他数据结构, 但最好使用内核提供的辅助函数：

总线属性

几乎 Linux 设备模型中的每一层都提供添加属性的函数, 总线层也不例外。bus_attribute 类型定义在<linux/device.h>如下:

可以看出structbus_attribute 和structattribute 很相似，其实大部分在 kobject 级上的设备模型层都是以这种方式工作。

内核提供了一个宏在编译时创建和初始化 bus_attribute 结构:

例如创建一个包含源码版本号简单属性文件方法如下:

设备

在最底层, Linux 系统中的每个设备由一个 struct device 代表:

设备注册

设备的注册和注销函数为:

一个实际的总线也是一个设备，所以必须单独注册，以下为 lddbus 在编译时注册它的虚拟总线设备源码：

设备属性

sysfs 中的设备入口可有属性,相关的结构是:

设备结构的嵌入

device 结构包含设备模型核心用来模拟系统的信息。但大部分子系统记录了关于它们又拥有的设备的额外信息，所以很少单纯用 device 结构代表设备，而是，通常将其嵌入一个设备的高层表示中。底层驱动几乎不知道 struct device。

lddbus 驱动创建了它自己的 device 类型，并期望每个设备驱动使用这个类型来注册它们的设备:

lddbus 导出的注册和注销接口如下:

sculld 驱动添加一个自己的属性到它的设备入口，称为 dev, 仅包含关联的设备号，源码如下：

设备驱动程序

设备模型跟踪所有系统已知的驱动，主要目的是使驱动程序核心能协调驱动和新设备之间的关系。一旦驱动在系统中是已知的对象就可能完成大量的工作。驱动程序的结构体 device_driver 定义如下:

驱动程序结构的嵌入

对大多数驱动程序核心结构, device_driver 结构通常被嵌入到一个更高层的、总线相关的结构中。

以lddbus 子系统为例，它定义了ldd_driver 结构:

lddbus总线中相关的驱动注册和注销函数是:

在sculld 中创建的 ldd_driver 结构如下:

类子系统

类是一个设备的高层视图, 它抽象出了底层的实现细节，从而允许用户空间使用设备所提供的功能, 而不用关心设备是如何连接和工作的。类成员通常由上层代码所控制, 而无需驱动的明确支持。但有些情况下驱动也需要直接处理类。

几乎所有的类都显示在 /sys/class 目录中。出于历史的原因，有一个例外：块设备显示在 /sys/block目录中。在许多情况, 类子系统是向用户空间导出信息的最好方法。当类子系统创建一个类时, 它将完全拥有这个类,根本不用担心哪个模块拥有那些属性，而且信息的表示也比较友好。

为了管理类，驱动程序核心导出了一些接口，其目的之一是提供包含设备号的属性以便自动创建设备节点，所以udev的使用离不开类。类函数和结构与设备模型的其他部分遵循相同的模式，所以真正崭新的概念是很少的。

注意：class_simple 是老接口，在2.6.13中已被删除，这里不再研究。

管理类的接口

类由 struct class 的结构体来定义:

类设备

类存在的真正目的是给作为类成员的各个设备提供一个容器，成员由 struct class_device 来表示:

类接口

类子系统有一个 Linux 设备模型的其他部分找不到的附加概念，称为“接口”, 可将它理解为一种设备加入或离开类时获得信息的触发机制，结构体如下：