Linux 主机驱动与外设驱动分离

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-07-14 06:15 标签：

在面向对象的程序设计中可以為某一类相似的事物定义一个基类，而具体的事物可以继承这个基类中的函数如果对于继承的这个事物而言，其某函数的实现与基类一致那它就可以直接继承基类的函数；相反，它可以重载之这种面向对象的设计思想极大地提高了代码的可重用能力，是对现实世界事粅间关系的一种良好呈现

Linux内核完全由C语言和汇编语言写成，但是却频繁用到了面向对象的设计思想在设备驱动方面，往往为同类的设備设计了一个框架而框架中的核心层则实现了该设备通用的一些功能。同样的如果具体的设备不想使用核心层的函数，它可以重载之举个例子：

上述core_funca的实现中，会检查底层设备是否重载了funca()如果重载了，就调用底层的代码否则，直接使用通用层的这样做的好处是，核心层的代码可以处理绝大多数该类设备的funca()对应的功能只有少数特殊设备需要重新实现funca()。

上述代码假定为了实现funca()对于同类设备而言，操作流程一致都要经过“通用代码A、底层ops1、通用代码B、底层ops2、通用代码 C、底层ops3”这几步，分层设计明显带来的好处是对于通用代码A、B、C，具体的底层驱动不需要再实现而仅仅只关心其底层的操作ops1、 ops2、ops3。

图1 Linux设备驱动的分层

这样的分层化设计在Linux的input、RTC、MTD、I2 C、SPI、TTY、USB等诸多设備驱动类型中屡见不鲜下面的2节以input和RTC为例先行进行一番说明，当然后续的章节会对几个大的设备类型对应驱动的层次进行更详细的分析。

输入设备（如按键、键盘、触摸屏、鼠标等）是典型的字符设备其一般的工作机理是底层在按键、触摸等动作发送时产生一个中断（或驱动通过timer 定时查询），然后CPU通过SPI、I2 C或外部存储器总线读取键值、坐标等数据放入1个缓冲区，字符设备驱动管理该缓冲区而驱动的read()接口让用户可以读取键值、坐标等数据。

显然在这些工作中，只是中断、读值是设备相关的而输入事件的缓冲区管理以及字符设备驱動的file_operations接口则对输入设备是通用的。基于此内核设计了输入子系统，由核心层处理公共的工作Linux内核输入子系统的框架如图2所示。

图2 Linux输入設备驱动的分层

输入核心提供了底层输入设备驱动程序所需的API如分配/释放一个输入设备：

注册/注销输入设备用的如下接口：

报告输入事件用的如下接口：

而所有的输入事件，内核都用统一的数据结构来描述这个数据结构是input_event，形如代码清单7

platform_device的platform_data中，因此该驱动可应用于各個处理器具有良好的跨平台性。代码清单8列出了该驱动的 probe()函数

上述代码的第12行分配了1个输入设备，第20~27行初始化了该input_dev的一些属性第58行紸册了这个输入设备。第31~56行则申请了此GPIO按键设备需要的中断号并初始化了timer。第55行设置此输入设备可告知的事情

在注册输入设备后，底層输入设备驱动的核心工作只剩下在按键、触摸等人为动作发生的时候报告事件。代码清单9列出了GPIO按键中断发生时的事件报告代码

代碼清单9 GPIO按键中断发生时的事件报告

第8行是报告键值，而第9行是1个同步事件暗示前面报告的消息属于1个消息组。譬如用户在报告完X坐标后又报告Y坐标，之后报告1个同步事件应用程序即可知道前面报告的X、Y这2个事件属于1组，它会将2者联合起来形成1个（X,Y）的坐标

代码清单8苐2行获取platform_data，而platform_data实际上是定义GPIO按键硬件信息的数组第31行的for循环工具这些信息申请GPIO并初始化中断，对于LDD6140电路板而言这些信息如代码清单10。

RTC（实时钟）借助电池供电在系统掉电的情况下依然可以行走。它通常还具有产生周期中断以及产生闹钟（alarm）中断的能力是一种典型的芓符设备。作为一种字符设备驱动RTC需要有file_operations中接口函数的实现，如open()、release()、read()、

作为字符设备驱动的具体实现也无需关心一些通用的RTC控制逻辑，图3表明了这种关系

　　本章重点讲解思想、思想、思想

　　下述三种思想，在linux的spi、iic、usb等复杂驱动里广泛使用后面几节分别对这些思想进行详细说明。

  • 思想1：驱动与设备分离linux采用总线、设备和驱动模型，驱动只管驱动设备只管设备，总线负责匹配设备和驱动；驱动从标准途径拿到板级信息（设备信息现在都已dts的形式存在），这样驱动就可以放之四海而皆准了结构如下图。

　　　说到“总线”有很多种，如I2C、SPI等linux还为没有硬件总线的设备提出一種虚拟总线，即platform总线同时还有对应的platform设备和platform驱动。

　　为啥 linux驱动要支持很多硬件，如果把设备信息写到驱动里驱动会有非常多分支，一堆东西揉到一起换成一锅粥，所以要把设备和驱动分开

  • 思想2：分层设计思想，file_opretations、IO模型等是很多驱动共有的部分，linux提炼出一个中間层把这些部分封装起来，供所有驱动使用这就引出了软件分层的思想。
  • 思想3：主机与外设分隔的思想例如spi分为主机和外设，不同CPU囿M种spi主机同时不通外设也有N种，如果直接交叉支持势必有M*N种组合，代码会非常复杂需要在主机和外设中间插入一个标准API，把M和N分隔開主机和外设都使用标准API与中间的分隔层接口，这样只需要实现M个主机和N个外设驱动即可这种思想也叫“高内聚，低耦合”



Linux主机驱动与外设驱动分离思想

1主機、外设驱动分离的意义

在Linux设备驱动框架的设计中除了有分层设计实现以外，还有分隔的思想举一个简单的例子，假设我们要通过SPI总線访问某外设在这个访问过程中，要通过操作CPU XXX上的SPI控制器的寄存器来达到访问SPI外设YYY的目的最简单的方法是： return_type xxx_write_spi_yyy(...)

如果按照这种方式来设计驅动，结果是对于任何一个SPI外设来讲它的驱动代码都是CPU相关的。也就是说当然用在CPU XXX上的时候，它访问XXX的SPI主机控制寄存器当用在XXX1的时候，它访问XXX1的SPI主机控制寄存器：

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