【notes9】kbuild，内核模块化，设备树，platform总线，设备驱动模型

1.kbuild编译系统

kernel源码目录第一层有Kconfig（后厨原材料）和.config（点菜的清单）文件。menuconfig（菜单），Deconfig（预制菜单 熟客使用）。

obj-y+=foo.o bar.o// 表示foo.c和bar.c文件被编译成foo.o和bar.o// kernel/driver/spi/build-in.a静态库是该目录下所有目标文件（.o文件）打包而成

目标由多个源文件编译得到：追加的效果





malloc不是内核API而是libc函数，参考【notes8】。

1.1 Kconfig

参考【openbmc1】内核添加驱动。

驱动模块使用的资源一摸一样（如gpio），只能加载一个，如下只能选一个，互斥：

depends on只有依赖条件成立，配置项才显示。

1.2 Makefile

条件编译：最常用的两种格式#ifdef和#ifndef 。#undef ：取消已定义的标识符

如下book145.c和_public.c都有 #include"_public.h"，会重复包含。

在_public.c中如下这样写，_public.h就不会被重复包含。

如下$前一个tab键不能8个空格。make默认是make all，如果将all这行book3删除，则make不会编译book3，可指定make book3，book3相当于标签。-欧2是让编译效率最高，一般正式发布用。gcc命令选项 ：-c编译不链接。


如下是编译内核，第一行判断路径是否存在。



EXRA_CFLAGS用于额外编译选项：

2.内核模块化

2.1 传参

权限位S_IRUGO是用在sysfs文件系统里，static int…只是初始化给默认值。

2.2 符号导出

驱动程序编译生成的 ko 文件是相互独立的， 即模块之间变量或者函数在正常情况下无法进行互相访问。extern：声明来自另一个模块。

2.4 错误码

如下fail里将return ret。如上地址是64位内核空间最后一页，指针落到这段地址说明是错误的无效指针。

2.5 uevent

structkobject*mykobject01;structkset*mykset;structkobj_typemytype;staticintmykobj_init(void){intret;// 创建并添加一个ksetmykset=kset_create_and_add("mykset",NULL,NULL);// 分配并初始化一个kobjectmykobject01=kzalloc(sizeof(structkobject),GFP_KERNEL);mykobject01->kset=mykset;// 初始化并添加kobject到ksetret=kobject_init_and_add(mykobject01,&mytype,NULL,"%s","mykobject01");// mykobject01// 触发一个uevent事件，表示kobject的属性发生了变化ret=kobject_uevent(mykobject01,KOBJ_CHANGE);return0;}staticvoidmykobj_exit(void){kobject_put(mykobject01);// 释放kobjectkset_unregister(mykset);}module_init(mykobj_init);module_exit(mykobj_exit);MODULE_LICENSE("GPL");// insmod 上面.ko// ls /sys/mykset/mykobject01/ （里面是空的，没有任何属性文件）// dmesg | tail -n 1 或 udevadm monitor --kernel// kobject_uevent: KOBJ_CHANGE for mykobject01

如下device_create里调用kobject_uevent告诉用户态的二进制udev机制，说有一个设备节点的创建，udev帮对设备文件创建。

2.3 设备号

具有相同主设备号（哪一类）设备使用相同驱动程序，次设备号（哪一个）用来标识连接系统中相同的设备。l:符号链接，s:套接字，p:管道。


如下次设备号个数不是次设备号（hello_minor）。

块设备申请主设备号

hello_major为0是系统自动分配的主设备号即register_blkdev函数分配。

3.字符设备驱动

如下crw—中c就是char字符设备（以字节为单位输入输出，没有固定大小，也没有缓冲区，数据会立即传输： 串口、鼠标）。块设备以b开头（以块为单位输入输出，有缓冲区，数据下发以后会在缓冲区中缓存，可以被分区，还可以格式化它的文件系统【不能裸设备访问，坏块多，都会上文件系统】：硬盘、U盘）。网络设备ifconfig查看。


cdev_init是方法填充，cdev_add是属性（如主次设备号）的填充。

设备读写

write函数中一个进程写没问题，两进程写：第一个进程运行到kzalloc时，第二个进程也执行了kzalloc，只第二个进程地址保存在c中，第一个进程分配内存空间地址丢失造成内存泄漏。第一个进程运行到kzalloc时第二个进程调用了kfree，这时第一个进程执行到copy_from_user出现问题。


如下cdev_map是整个绿色：

杂项设备

structfile_operationsmisc_fops={//文件操作集.owner=THIS_MODULE////将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模.read=.write=};structmiscdevicemisc_dev={//杂项设备结构体.minor=MISC_DYNAMIC_MINOR,//动态申请的次设备号.name="test",//杂项设备名字是hello_misc.fops=&misc_fops,//文件操作集};staticint__initmisc_init(void){intret;ret=misc_register(&misc_dev);//在初始化函数中注册杂项设备if(ret<0){printk("misc registe is error \n");//打印注册杂项设备失败}return0;}staticvoid__exitmisc_exit(void){misc_deregister(&misc_dev);//在卸载函数中注销杂项设备printk(" misc goodbye! \n");}module_init(misc_init);module_exit(misc_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

4.设备树

dts -》 dtb - 》device_node - 》platform_device。

DTC（Device Tree Compiler，源代码和相关工具放在scripts/dtc目录，CONFIG_DTC，也可反编译）编译器将dts/dtsi文件编译成二进制dtb文件。

reg=<0x1000x4>:地址从0x100开始的4字节寄存器区域 spi和i2c设备属于非内存映射设备，它们的地址对cpu不可访问，而父设备的驱动（即总线控制器驱动）代表cpu访问，spi reg代表spi chip select0,i2c reg代表设备地址

4.1 时钟

时钟（类似心跳）生产者（板卡厂商，定义）：1.clock-cells：=0表示一个时钟，=1表示多个时钟。

2.clock-frequency：频率，单位HZ
3.assigned-clocks：

4.assigned-clocks-rates：

时钟消费者（驱动，引用）：
1.clocks：类似assigned-clocks
2.clock-names：

mac1: ftgmac@14060000 {
compatible = “aspeed,ast2700-mac”, “faraday,ftgmac100”;
reg = <0x0 0x14060000 0x0 0x200>;
interrupts-extended = <&intc1_4 1>;

clocks = <&syscon1 SCU1_CLK_GATE_MAC1CLK>;

syscon1: syscon@14c02000 {
compatible = “aspeed,ast2700-scu1”, “syscon”, “simple-mfd”;
aspeed,ast2700-scu.h ， clk-ast2700.c

4.1 中断属性

1.interrupts：下图有3位（父亲是gic控制器），interrupt-cells给引用的子节点用的，不是当前节点。
2.interrupt-controller：当前节点是一个中断控制器。

ft5x06:ft5x06@38{//触摸屏有事件 → 产生中断信号 → 通过RK_PB5引脚 → GPIO控制器接收 → GPIO控制器向GIC报告中断号33 → CPU处理中断interrupts=<RK_PB5 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;interrupt-parent=<&gpio0>};RK_PB5是Rockchip（瑞芯微）平台的GPIO引脚命名： RK：Rockchip缩写 P：Port（端口） B5：B组的第5个引脚 RK_PB5 通常对应具体的物理引脚号，比如GPIO0_B5// 获取中断号intirq=gpio_to_irq(RK_PB5);// 将GPIO引脚转换为Linux内核中断号// 注册中断处理函数request_irq(irq,touch_handler,IRQF_TRIGGER_LOW,"ft5x06",...);

3.interrupt-cells：约束children的interrupt属性有几位组成，为了解析方便。
4.interrupt-parent：指向谁提供中断即中断控制器。

irq_of_parse_and_map函数：解析设备节点的"interrupts"属性， 并将对应的中断号映射到系统的中断号，拿到irq，为了后续request_irq。

irq_get_trigger_type 函数：获取interrupts属性的最后一位即触发方式。

4.2 pinctrl & gpio

pinctrl指定pin复用功能（gpio，串口，i2c…），


/proc/device-tree/…


如下gpio0：32到64。每个gpio控制器里有4组，每组8个。

5.platform总线

案例

// paltform_device.c#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/platform_device.h>#defineGPIO0_BASE(0xfdd60000)#defineGPIO0_DR(GPIO0_BASE+0x0004)#defineGPIO0_DDR(GPIO0_BASE+0x000C)staticstructresourceled_resource[]={[0]=DEFINE_RES_MEM(GPIO0_DR,4),//数据 寄存器[1]=DEFINE_RES_MEM(GPIO0_DDR,4),//方向 寄存器};staticvoidled_release(structdevice*dev){}unsignedintled_hwinfo[1]={7};// 片选偏移 ，led - GPIIO0_C7引脚staticstructplatform_deviceled_pdev={// 没有设备树之前 //////////////////////////重点.name="led_pdev",//匹配下面paltform_driver.c.id=0,.num_resources=ARRAY_SIZE(led_resource),.resource=led_resource,.dev={.release=led_release,.platform_data=led_hwinfo,},};///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////static__initintled_pdev_init(void){printk("pdev init\n");platform_device_register(&led_pdev);// platform总线添加一设备return0;}module_init(led_pdev_init);static__exitvoidled_pdev_exit(void){printk("pdev exit\n");platform_device_unregister(&led_pdev);}module_exit(led_pdev_exit);MODULE_DESCRIPTION("Platform LED device");MODULE_AUTHOR("embedfire");MODULE_LICENSE("GPL");

// paltform_driver.c#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/platform_device.h>#include<linux/mod_devicetable.h>#include<linux/io.h>#include<linux/cdev.h>#include<linux/fs.h>#defineDEV_MAJOR243#defineDEV_NAME"led"staticstructclass*led_test_class;//结构体led_data来管理我们LED灯的硬件信息structled_data{unsignedintled_pin;unsignedint__iomem*va_DDR;unsignedint__iomem*va_DR;structcdevled_cdev;};staticintled_cdev_open(structinode*inode,structfile*filp){unsignedintval=0;structled_data*cur_led=container_of(inode->i_cdev,structled_data,led_cdev);printk("led_cdev_open() \n");// 设置引脚输出val=readl(cur_led->va_DDR);// 方向val|=((unsignedint)0X1<<(cur_led->led_pin+16));val|=((unsignedint)0X1<<(cur_led->led_pin));writel(val,cur_led->va_DDR);//设置默认输出高电平val=readl(cur_led->va_DR);// 数据val|=((unsignedint)0X1<<(cur_led->led_pin+16));val|=((unsignedint)0x1<<(cur_led->led_pin));writel(val,cur_led->va_DR);filp->private_data=cur_led;return0;}staticintled_cdev_release(structinode*inode,structfile*filp){return0;}staticssize_tled_cdev_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos){unsignedlongval=0;unsignedlongret=0;inttmp=count;structled_data*cur_led=(structled_data*)filp->private_data;val=kstrtoul_from_user(buf,tmp,10,&ret);val=readl(cur_led->va_DR);// 方向if(ret==0){val|=((unsignedint)0x1<<((cur_led->led_pin)+16));val&=~((unsignedint)0X1<<(cur_led->led_pin));}else{val|=((unsignedint)0x1<<(cur_led->led_pin+16));val|=((unsignedint)0X1<<(cur_led->led_pin));}writel(val,cur_led->va_DR);*ppos+=tmp;// 更新文件位置指针returntmp;// 返回写入的字节数}staticstructfile_operationsled_cdev_fops={.open=led_cdev_open,.release=led_cdev_release,.write=led_cdev_write,};/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////staticintled_pdrv_probe(structplatform_device*pdev)// 传入device，驱动需要去提取设备的资源,完成字符设备的注册等工作{structled_data*cur_led;unsignedint*led_hwinfo;structresource*mem_DR;structresource*mem_DDR;dev_tcur_dev;intret=0;printk("led platform driver probe\n");//第一步：提取平台设备提供的资源//devm_kzalloc函数申请cur_led和led_hwinfo结构体内存大小cur_led=devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(structled_data),GFP_KERNEL);if(!cur_led)return-ENOMEM;led_hwinfo=devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(unsignedint)*2,GFP_KERNEL);if(!led_hwinfo)return-ENOMEM;led_hwinfo=dev_get_platdata(&pdev->dev);// LED灯的寄存器偏移量 即 7cur_led->led_pin=led_hwinfo[0];mem_DR=platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_MEM,0);// 數據寄存器mem_DDR=platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_MEM,1);//方向寄存器cur_led->va_DR=devm_ioremap(&pdev->dev,mem_DR->start,resource_size(mem_DR));// 寄存器地址转化为虚拟地址cur_led->va_DDR=devm_ioremap(&pdev->dev,mem_DDR->start,resource_size(mem_DDR));//第二步：注册字符设备（才有fops）cur_dev=MKDEV(DEV_MAJOR,pdev->id);register_chrdev_region(cur_dev,1,"led_cdev");cdev_init(&cur_led->led_cdev,&led_cdev_fops);ret=cdev_add(&cur_led->led_cdev,cur_dev,1);if(ret<0){printk("fail to add cdev\n");gotoadd_err;}device_create(led_test_class,NULL,cur_dev,NULL,DEV_NAME"%d",pdev->id);// /dev/led0//platform_set_drvdata函数，将LED数据信息存入在平台驱动结构体中pdev->dev->driver_data中platform_set_drvdata(pdev,cur_led);return0;add_err:unregister_chrdev_region(cur_dev,1);returnret;}staticintled_pdrv_remove(structplatform_device*pdev){dev_tcur_dev;//platform_get_drvdata，获取当前LED灯对应的结构体structled_data*cur_data=platform_get_drvdata(pdev);printk("led platform driver remove\n");cur_dev=MKDEV(DEV_MAJOR,pdev->id);//cdev_del删除对应的字符设备cdev_del(&cur_data->led_cdev);//删除/dev目录下的设备device_destroy(led_test_class,cur_dev);//unregister_chrdev_region， 注销掉当前的字符设备编号unregister_chrdev_region(cur_dev,1);return0;}staticstructplatform_device_idled_pdev_ids[]={{.name="led_pdev"},//匹配{}};MODULE_DEVICE_TABLE(platform,led_pdev_ids);//平台总线匹配过程中 ，只会根据id_table中的name值进行匹配，若和平台设备的name值相等，则表示匹配成功； 反之，则匹配不成功，表明当前内核没有该驱动能够支持的设备。staticstructplatform_driverled_pdrv={//////////////////////////重点.probe=led_pdrv_probe,.remove=led_pdrv_remove,.driver.name="led_pdev",.id_table=led_pdev_ids,};static__initintled_pdrv_init(void){printk("led platform driver init\n");//class_create，来创建一个led类led_test_class=class_create(THIS_MODULE,"test_leds");//调用函数platform_driver_register，注册我们的平台驱动结构体，这样当加载该内核模块时， 就会有新的平台驱动加入到内核中。 第20-27行，注销platform_driver_register(&led_pdrv);return0;}module_init(led_pdrv_init);static__exitvoidled_pdrv_exit(void){printk("led platform driver exit\n");platform_driver_unregister(&led_pdrv);class_destroy(led_test_class);}module_exit(led_pdrv_exit);MODULE_AUTHOR("Embedfire");MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_DESCRIPTION("the example for platform driver");

6.设备驱动模型

...__list_add(structlist_head*new,//node3structlist_head*prev,//headstructlist_head*next)//node2{next->prev=new;//node2->prev 等于 node3new->next=next;//node3->next等于 node2new->prev=prev;//node3->prev 等于 head}

如下是类似管道，先入先出，node123从左往右按顺序排列。list_add函数调用如下栈，先入后出，如上图。

// kobject是最基础的结构体，/sys/device目录是一个kobject，里面还有很多kobject// drivers/base/core.c：staticstructkobject*class_kobj=NULL;staticstructkobject*devices_kobj=NULL;/* 创建/sys/class */class_kobj=kobject_create_and_add("class",NULL);/* 创建 /sys/devices */devices_kobj=kobject_create_and_add("devices",NULL);

如上注册完bus后生成如下目录。

如下创建链接就行，没必要重复。


如下比device注册做的事情少很多。

创建链接指向module，表示该驱动是由哪个内核模块提供能力，同样module也反向指向驱动，表示它提供什么样的驱动能力。

driver去扫匹配成功后不退出，因为挂在这总线上设备不一定只有一个，比如usb上挂鼠标，挂键盘。device只扫一个driver就停止。bus_for_each_drv扫的是klist_driver。如下粉色框是driver_register封装。