《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》第三十四章 platform设备驱动实验

正点原子运营 · 发表于 2021-6-28 18:46:02

1）实验平台：正点原子STM32MP157开发板
2) 章节摘自【正点原子】《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》
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第三十四章 platform设备驱动实验

      我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单，都是对GPIO进行最简单的读写操作。像I2C、SPI、LCD等这些复杂外设的驱动就不能这么去写了，Linux系统要考虑到驱动的可重用性，因此提出了驱动的分离与分层这样的软件思路，在这个思路下诞生了我们将来最常打交道的platform设备驱动，也叫做平台设备驱动。本章我们就来学习一下Linux下的驱动分离与分层，以及platform框架下的设备驱动该如何编写。

34.1 Linux驱动的分离与分层
34.1.1 驱动的分隔与分离
      对于Linux这样一个成熟、庞大、复杂的操作系统，代码的重用性非常重要，否则的话就会在Linux内核中存在大量无意义的重复代码。尤其是驱动程序，因为驱动程序占用了Linux内核代码量的大头，如果不对驱动程序加以管理，任由重复的代码肆意增加，那么用不了多久Linux内核的文件数量就庞大到无法接受的地步。
      假如现在有三个平台A、B和C，这三个平台(这里的平台说的是SOC)上都有MPU6050这个I2C接口的六轴传感器，按照我们写裸机I2C驱动的时候的思路，每个平台都有一个MPU6050的驱动，因此编写出来的最简单的驱动框架如图34.1.1.1所示：

图34.1.1.1 传统的I2C设备驱动

从图34.1.1.1可以看出，每种平台下都有一个主机驱动和设备驱动，主机驱动肯定是必须要的，毕竟不同的平台其I2C控制器不同。但是右侧的设备驱动就没必要每个平台都写一个，因为不管对于那个SOC来说，MPU6050都是一样，通过I2C接口读写数据就行了，只需要一个MPU6050的驱动程序即可。如果再来几个I2C设备，比如AT24C02、FT5206(电容触摸屏)等，如果按照图34.1.1.1中的写法，那么设备端的驱动将会重复的编写好几次。显然在Linux驱动程序中这种写法是不推荐的，最好的做法就是每个平台的I2C控制器都提供一个统一的接口(也叫做主机驱动)，每个设备的话也只提供一个驱动程序(设备驱动)，每个设备通过统一的I2C接口驱动来访问，这样就可以大大简化驱动文件，比如34.1.1.1中三种平台下的MPU6050驱动框架就可以简化为图34.1.1.2所示：

图34.1.1.2 改进后的设备驱动

实际的I2C驱动设备肯定有很多种，不止MPU6050这一个，那么实际的驱动架构如图34.1.1.3所示：

图34.1.1.3 分隔后的驱动框架

这个就是驱动的分隔，也就是将主机驱动和设备驱动分隔开来，比如I2C、SPI等等都会采用驱动分隔的方式来简化驱动的开发。在实际的驱动开发中，一般I2C主机控制器驱动已经由半导体厂家编写好了，而设备驱动一般也由设备器件的厂家编写好了，我们只需要提供设备信息即可，比如I2C设备的话提供设备连接到了哪个I2C接口上，I2C的速度是多少等等。相当于将设备信息从设备驱动中剥离开来，驱动使用标准方法去获取到设备信息(比如从设备树中获取到设备信息)，然后根据获取到的设备信息来初始化设备。这样就相当于驱动只负责驱动，设备只负责设备，想办法将两者进行匹配即可。这个就是Linux中的总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，也就是常说的驱动分离。总线就是驱动和设备信息的月老，负责给两者牵线搭桥，如图34.1.1.4所示：

图34.1.1.4 Linux总线、驱动和设备模式

      当我们向系统注册一个驱动的时候，总线就会在右侧的设备中查找，看看有没有与之匹配的设备，如果有的话就将两者联系起来。同样的，当向系统中注册一个设备的时候，总线就会在左侧的驱动中查找看有没有与之匹配的设备，有的话也联系起来。Linux内核中大量的驱动程序都采用总线、驱动和设备模式，我们一会要重点讲解的platform驱动就是这一思想下的产物。
34.1.2 驱动的分层
      上一小节讲了驱动的分隔与分离，本节我们来简单看一下驱动的分层，大家应该听说过网络的7层模型，不同的层负责不同的内容。同样的，Linux下的驱动往往也是分层的，分层的目的也是为了在不同的层处理不同的内容。以其他书籍或者资料常常使用到的input(输入子系统，后面会有专门的章节详细的讲解)为例，简单介绍一下驱动的分层。input子系统负责管理所有跟输入有关的驱动，包括键盘、鼠标、触摸等，最底层的就是设备原始驱动，负责获取输入设备的原始值，获取到的输入事件上报给input核心层。input核心层会处理各种IO模型，并且提供file_operations操作集合。我们在编写输入设备驱动的时候只需要处理好输入事件的上报即可，至于如何处理这些上报的输入事件那是上层去考虑的，我们不用管。可以看出借助分层模型可以极大的简化我们的驱动编写，对于驱动编写来说非常的友好。
34.2 platform平台驱动模型简介
      前面我们讲了设备驱动的分离，并且引出了总线(bus)、驱动(driver)和设备(device)模型，比如I2C、SPI、USB等总线。在SOC中有些外设是没有总线这个概念的，但是又要使用总线、驱动和设备模型该怎么办呢？为了解决此问题，Linux提出了platform这个虚拟总线，相应的就有platform_driver和platform_device。
34.2.1 platform总线
Linux系统内核使用bus_type结构体表示总线，此结构体定义在文件include/linux/device.h，bus_type结构体内容如下：
示例代码34.2.1.1 bus_type结构体代码段

1 struct bus_type {
2 const char *name;
3 const char *dev_name;
4 struct device *dev_root;
5 const struct attribute_group **bus_groups;
6 const struct attribute_group **dev_groups;
7 const struct attribute_group **drv_groups;
8 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
9 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
10 int (*probe)(struct device *dev);
11 int (*remove)(struct device *dev);
12 void (*shutdown)(struct device *dev);
13 int (*online)(struct device *dev);
14 int (*offline)(struct device *dev);
15 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
16 int (*resume)(struct device *dev);
17 int (*num_vf)(struct device *dev);
18 int (*dma_configure)(struct device *dev);
19 const struct dev_pm_ops *pm;
20 const struct iommu_ops *iommu_ops;
21 struct subsys_private *p;
22 struct lock_class_key lock_key;
23 bool need_parent_lock;
24 };

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第8行，match函数，此函数很重要，单词match的意思就是“匹配、相配”，因此此函数就是完成设备和驱动之间匹配的，总线就是使用match函数来根据注册的设备来查找对应的驱动，或者根据注册的驱动来查找相应的设备，因此每一条总线都必须实现此函数。match函数有两个参数：dev和drv，这两个参数分别为device和device_driver类型，也就是设备和驱动。
platform总线是bus_type的一个具体实例，定义在文件drivers/base/platform.c，platform总线定义如下：
示例代码34.2.1.2 platform总线实例

1 struct bus_type platform_bus_type = {
2 .name = "platform",
3 .dev_groups = platform_dev_groups,
4 .match = platform_match,
5 .uevent = platform_uevent,
6 .dma_configure = platform_dma_configure,
7 .pm = &platform_dev_pm_ops,
8 };

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platform_bus_type就是platform平台总线，其中platform_match就是匹配函数。我们来看一下驱动和设备是如何匹配的，platform_match函数定义在文件drivers/base/platform.c中，函数内容如下所示：
示例代码34.2.1.3 platform总线实例

1 static int platform_match(struct device *dev,
struct device_driver *drv)
2 {
3 struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
4 struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
5
6 /*When driver_override is set,only bind to the matching driver*/
7 if (pdev->driver_override)
8 return !strcmp(pdev->driver_override, drv->name);
9
10 /* Attempt an OF style match first */
11 if (of_driver_match_device(dev, drv))
12 return 1;
13
14 /* Then try ACPI style match */
15 if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
16 return 1;
17
18 /* Then try to match against the id table */
19 if (pdrv->id_table)
20 return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
21
22 /* fall-back to driver name match */
23 return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
24 }

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驱动和设备的匹配有四种方法，我们依次来看一下：
      第11~12行，第一种匹配方式， OF类型的匹配，也就是设备树采用的匹配方式，of_driver_match_device函数定义在文件include/linux/of_device.h中。device_driver结构体(表示设备驱动)中有个名为of_match_table的成员变量，此成员变量保存着驱动的compatible匹配表，设备树中的每个设备节点的compatible属性会和of_match_table表中的所有成员比较，查看是否有相同的条目，如果有的话就表示设备和此驱动匹配，设备和驱动匹配成功以后probe函数就会执行。
      第15~16行，第二种匹配方式，ACPI匹配方式。
      第19~20行，第三种匹配方式，id_table匹配，每个platform_driver结构体有一个id_table成员变量，顾名思义，保存了很多id信息。这些id信息存放着这个platformd驱动所支持的驱动类型。
      第23行，第四种匹配方式，如果第三种匹配方式的id_table不存在的话就直接比较驱动和设备的name字段，看看是不是相等，如果相等的话就匹配成功。
对于支持设备树的Linux版本号，一般设备驱动为了兼容性都支持设备树和无设备树两种匹配方式。也就是第一种匹配方式一般都会存在，第三种和第四种只要存在一种就可以，一般用的最多的还是第四种，也就是直接比较驱动和设备的name字段，毕竟这种方式最简单了。
34.2.2 platform驱动
      platform_driver结构体表示platform驱动，此结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中，内容如下：
示例代码34.2.2.1 platform_driver结构体

1 struct platform_driver {
2 int (*probe)(struct platform_device *);
3 int (*remove)(struct platform_device *);
4 void (*shutdown)(struct platform_device *);
5 int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
6 int (*resume)(struct platform_device *);
7 struct device_driver driver;
8 const struct platform_device_id *id_table;
9 bool prevent_deferred_probe;
10 };

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第2行，probe函数，当驱动与设备匹配成功以后probe函数就会执行，非常重要的函数！！一般驱动的提供者会编写，如果自己要编写一个全新的驱动，那么probe就需要自行实现。
第7行，driver成员，为device_driver结构体变量，Linux内核里面大量使用到了面向对象的思维，device_driver相当于基类，提供了最基础的驱动框架。plaform_driver继承了这个基类，然后在此基础上又添加了一些特有的成员变量。
第8行，id_table表，也就是我们上一小节讲解platform总线匹配驱动和设备的时候采用的第三种方法，id_table是个表(也就是数组)，每个元素的类型为platform_device_id，platform_device_id结构体内容如下：
示例代码34.2.2.2 platform_device_id结构体

1 struct platform_device_id {
2 char name[PLATFORM_NAME_SIZE];
3 kernel_ulong_t driver_data;
4 };
device_driver结构体定义在include/linux/device.h，device_driver结构体内容如下：
示例代码34.2.2.3 device_driver结构体
1 struct device_driver {
2 const char *name;
3 struct bus_type *bus;
4 struct module *owner;
5 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
6 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
7 enum probe_type probe_type;
8 const struct of_device_id *of_match_table;
9 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
10 int (*probe) (struct device *dev);
11 int (*remove) (struct device *dev);
12 void (*shutdown) (struct device *dev);
13 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
14 int (*resume) (struct device *dev);
15 const struct attribute_group **groups;
16 const struct attribute_group **dev_groups;
17 const struct dev_pm_ops *pm;
18 void (*coredump) (struct device *dev);
19 struct driver_private *p;
20 };

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第8行，of_match_table就是采用设备树的时候驱动使用的匹配表，同样是数组，每个匹配项都为of_device_id结构体类型，此结构体定义在文件include/linux/mod_devicetable.h中，内容如下：
示例代码34.2.2.4 of_device_id结构体

1 struct of_device_id {
2 char name[32];
3 char type[32];
4 char compatible[128];
5 const void *data;
6 };

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第4行的compatible非常重要，因为对于设备树而言，就是通过设备节点的compatible属性值和of_match_table中每个项目的compatible成员变量进行比较，如果有相等的就表示设备和此驱动匹配成功。
在编写platform驱动的时候，首先定义一个platform_driver结构体变量，然后实现结构体中的各个成员变量，重点是实现匹配方法以及probe函数。当驱动和设备匹配成功以后probe函数就会执行，具体的驱动程序在probe函数里面编写，比如字符设备驱动等等。
当我们定义并初始化好platform_driver结构体变量以后，需要在驱动入口函数里面调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform驱动，platform_driver_register函数原型如下所示：
int platform_driver_register (struct platform_driver       *driver)
      函数参数和返回值含义如下：
      driver：要注册的platform驱动。
      返回值：负数，失败；0，成功。
      还需要在驱动卸载函数中通过platform_driver_unregister函数卸载platform驱动，platform_driver_unregister函数原型如下：
void platform_driver_unregister(struct platform_driver *drv)
函数参数和返回值含义如下：
      drv：要卸载的platform驱动。
      返回值：无。
      platform驱动框架如下所示：
示例代码34.2.2.5 platform驱动框架

/* 设备结构体 */
1 struct xxx_dev{
2 struct cdev cdev;
3 /* 设备结构体其他具体内容 */
4 };
5
6 struct xxx_dev xxxdev; /* 定义个设备结构体变量 */
7
8 static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
9 {
10 /* 函数具体内容 */
11 return 0;
12 }
13
14 static ssize_t xxx_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
15 {
16 /* 函数具体内容 */
17 return 0;
18 }
19
20 /*
21 * 字符设备驱动操作集
22 */
23 static struct file_operations xxx_fops = {
24 .owner = THIS_MODULE,
25 .open = xxx_open,
26 .write = xxx_write,
27 };
28
29 /*
30 * platform驱动的probe函数
31 * 驱动与设备匹配成功以后此函数就会执行
32 */
33 static int xxx_probe(struct platform_device *dev)
34 {
35 ......
36 cdev_init(&xxxdev.cdev, &xxx_fops); /* 注册字符设备驱动 */
37 /* 函数具体内容 */
38 return 0;
39 }
40
41 static int xxx_remove(struct platform_device *dev)
42 {
43 ......
44 cdev_del(&xxxdev.cdev);/* 删除cdev */
45 /* 函数具体内容 */
46 return 0;
47 }
48
49 /* 匹配列表 */
50 static const struct of_device_id xxx_of_match[] = {
51 { .compatible = "xxx-gpio" },
52 { /* Sentinel */ }
53 };
54
55 /*
56 * platform平台驱动结构体
57 */
58 static struct platform_driver xxx_driver = {
59 .driver = {
60 .name = "xxx",
61 .of_match_table = xxx_of_match,
62 },
63 .probe = xxx_probe,
64 .remove = xxx_remove,
65 };
66
67 /* 驱动模块加载 */
68 static int __init xxxdriver_init(void)
69 {
70 return platform_driver_register(&xxx_driver);
71 }
72
73 /* 驱动模块卸载 */
74 static void __exit xxxdriver_exit(void)
75 {
76 platform_driver_unregister(&xxx_driver);
77 }
78
79 module_init(xxxdriver_init);
80 module_exit(xxxdriver_exit);
81 MODULE_LICENSE("GPL");
82 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

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      第1~27行，传统的字符设备驱动，所谓的platform驱动并不是独立于字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动之外的其他种类的驱动。platform只是为了驱动的分离与分层而提出来的一种框架，其驱动的具体实现还是需要字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动。
第33~39行，xxx_probe函数，当驱动和设备匹配成功以后此函数就会执行，以前在驱动入口init函数里面编写的字符设备驱动程序就全部放到此probe函数里面。比如注册字符设备驱动、添加cdev、创建类等等。
第41~47行，xxx_remove函数，platform_driver结构体中的remove成员变量，当关闭platfor备驱动的时候此函数就会执行，以前在驱动卸载exit函数里面要做的事情就放到此函数中来。比如，使用iounmap释放内存、删除cdev，注销设备号等等。
第50~53行，xxx_of_match匹配表，如果使用设备树的话将通过此匹配表进行驱动和设备的匹配。第51行设置了一个匹配项，此匹配项的compatible值为“xxx-gpio”，因此当设备树中设备节点的compatible属性值为“xxx-gpio”的时候此设备就会与此驱动匹配。第52行是一个标记，of_device_id表最后一个匹配项必须是空的。
第58~65行，定义一个platform_driver结构体变量xxx_driver，表示platform驱动，第59~62行设置paltform_driver中的device_driver成员变量的name和of_match_table这两个属性。其中name属性用于传统的驱动与设备匹配，也就是检查驱动和设备的name字段是不是相同。of_match_table属性就是用于设备树下的驱动与设备检查。对于一个完整的驱动程序，必须提供有设备树和无设备树两种匹配方法。最后63和64这两行设置probe和remove这两成员变量。
第68~71行，驱动入口函数，调用platform_driver_register函数向Linux内核注册一个platform驱动，也就是上面定义的xxx_driver结构体变量。
      第74~77行，驱动出口函数，调用platform_driver_unregister函数卸载前面注册的platform驱动。
总体来说，platform驱动还是传统的字符设备驱动、块设备驱动或网络设备驱动，只是套上了一张“platform”的皮，目的是为了使用总线、驱动和设备这个驱动模型来实现驱动的分离与分层。
34.2.3 platform设备
      platform驱动已经准备好了，我们还需要platform设备，否则的话单单一个驱动也做不了什么。platform_device这个结构体表示platform设备，这里我们要注意，如果内核支持设备树的话就不要再使用platform_device来描述设备了，因为改用设备树去描述了。当然了，你如果一定要用platform_device来描述设备信息的话也是可以的。platform_device结构体定义在文件include/linux/platform_device.h中，结构体内容如下：
示例代码34.2.3.1 platform_device结构体代码段

1 struct platform_device {
2 const char *name;
3 int id;
4 bool id_auto;
5 struct device dev;
6 u64 platform_dma_mask;
7 u32 num_resources;
8 struct resource *resource;
9
10 const struct platform_device_id *id_entry;
11 char *driver_override; /* Driver name to force a match */
12
13 /* MFD cell pointer */
14 struct mfd_cell *mfd_cell;
15
16 /* arch specific additions */
17 struct pdev_archdata archdata;
18 };

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      第2行，name表示设备名字，要和所使用的platform驱动的name字段相同，否则的话设备就无法匹配到对应的驱动。比如对应的platform驱动的name字段为“xxx-gpio”，那么此name字段也要设置为“xxx-gpio”。
      第7行，num_resources表示资源数量，一般为第8行resource资源的大小。
      第8行，resource表示资源，也就是设备信息，比如外设寄存器等。Linux内核使用resource结构体表示资源，resource结构体定义在include/linux/ioport.h文件里面，内容为：
示例代码54.2.3.2 resource结构体代码段

1 struct resource {
2 resource_size_t start;
3 resource_size_t end;
4 const char *name;
5 unsigned long flags;
6 unsigned long desc;
7 struct resource *parent, *sibling, *child;
8 };

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start和end分别表示资源的起始和终止信息，对于内存类的资源，就表示内存起始和终止地址，name表示资源名字，flags表示资源类型，可选的资源类型都定义在了文件include/linux/ioport.h里面，如下所示：
示例代码34.2.3.3 资源类型

1 #define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */
2
3 #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */
4 #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* 表示IO口的资源 */
5 #define IORESOURCE_MEM 0x00000200 /* 表示内存地址 */
6 #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */
7 #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400 /* 中断号 */
8 #define IORESOURCE_DMA 0x00000800 /* DMA通道号 */
9 #define IORESOURCE_BUS 0x00001000 /* 总线号 */
......
84 #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

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在以前不支持设备树的Linux版本中，用户需要编写platform_device变量来描述设备信息，然后使用platform_device_register函数将设备信息注册到Linux内核中，此函数原型如下所示：

int platform_device_register(struct platform_device *pdev)

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函数参数和返回值含义如下：
pdev：要注册的platform设备。
返回值：负数，失败；0，成功。
如果不再使用platform的话可以通过platform_device_unregister函数注销掉相应的platform设备，platform_device_unregister函数原型如下：

void platform_device_unregister(struct platform_device *pdev)

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      函数参数和返回值含义如下：
      pdev：要注销的platform设备。
      返回值：无。
platform设备信息框架如下所示：
示例代码54.2.3.4 platform设备框架

1 /* 寄存器地址定义*/
2 #define PERIPH1_REGISTER_BASE (0X20000000) /* 外设1寄存器首地址 */
3 #define PERIPH2_REGISTER_BASE (0X020E0068) /* 外设2寄存器首地址 */
4 #define REGISTER_LENGTH 4
5
6 /* 资源 */
7 static struct resource xxx_resources[] = {
8 [0] = {
9 .start = PERIPH1_REGISTER_BASE,
10 .end = (PERIPH1_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
11 .flags = IORESOURCE_MEM,
12 },
13 [1] = {
14 .start = PERIPH2_REGISTER_BASE,
15 .end = (PERIPH2_REGISTER_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
16 .flags = IORESOURCE_MEM,
17 },
18 };
19
20 /* platform设备结构体 */
21 static struct platform_device xxxdevice = {
22 .name = "xxx-gpio",
23 .id = -1,
24 .num_resources = ARRAY_SIZE(xxx_resources),
25 .resource = xxx_resources,
26 };
27
28 /* 设备模块加载 */
29 static int __init xxxdevice_init(void)
30 {
31 return platform_device_register(&xxxdevice);
32 }
33
34 /* 设备模块注销 */
35 static void __exit xxx_resourcesdevice_exit(void)
36 {
37 platform_device_unregister(&xxxdevice);
38 }
39
40 module_init(xxxdevice_init);
41 module_exit(xxxdevice_exit);
42 MODULE_LICENSE("GPL");
43 MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

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      第7~18行，数组xxx_resources表示设备资源，一共有两个资源，分别为设备外设1和外设2的寄存器信息。因此flags都为IORESOURCE_MEM，表示资源为内存类型的。
      第21~26行，platform设备结构体变量，注意name字段要和所使用的驱动中的name字段一致，否则驱动和设备无法匹配成功。num_resources表示资源大小，其实就是数组xxx_resources的元素数量，这里用ARRAY_SIZE来测量一个数组的元素个数。
      第29~32行，设备模块加载函数，在此函数中调用platform_device_register向Linux内核注册platform设备。
      第35~38行，设备模块卸载函数，在此函数中调用platform_device_unregister从Linux内核中卸载platform设备。
      示例代码34.2.3.4主要是在不支持设备树的Linux版本中使用的，当Linux内核支持了设备树以后就不需要用户手动去注册platform设备了。因为设备信息都放到了设备树中去描述，Linux内核启动的时候会从设备树中读取设备信息，然后将其组织成platform_device形式，至于设备树到platform_device的具体过程就不去详细的追究了，感兴趣的可以去看一下，网上也有很多博客详细的讲解了整个过程。
      关于platform下的总线、驱动和设备就讲解到这里，我们接下来就使用platform驱动框架来编写一个LED灯驱动，本章我们不使用设备树来描述设备信息，我们采用自定义platform_device这种“古老”方式来编写LED的设备信息。下一章我们来编写设备树下的platform驱动，这样我们就掌握了无设备树和有设备树这两种platform驱动的开发方式。
34.3 硬件原理图分析
本章实验我们只使用到正点原子的STM32MP1开发板上的LED灯，因此实验硬件原理图参考21.2小节即可。
34.4 试验程序编写
本实验对应的例程路径为：开发板光盘1、程序源码2、Linux驱动例程17_platform。
本章实验我们需要编写一个驱动模块和一个设备模块，其中驱动模块是platform驱动程序，设备模块是platform的设备信息。当这两个模块都加载成功以后就会匹配成功，然后platform驱动模块中的probe函数就会执行，probe函数中就是传统的字符设备驱动那一套。
34.4.1 platform设备与驱动程序编写
新建名为“17_platform”的文件夹，然后在17_platform文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“platform”。新建名为leddevice.c和leddriver.c这两个文件，这两个文件分别为LED灯的platform设备文件和LED灯的platform的驱动文件。在leddevice.c中输入如下所示内容：
示例代码34.4.1.1 leddevice.c文件代码段

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of_gpio.h>
12 #include <linux/semaphore.h>
13 #include <linux/timer.h>
14 #include <linux/irq.h>
15 #include <linux/wait.h>
16 #include <linux/poll.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/fcntl.h>
19 #include <linux/platform_device.h>
20 #include <asm/mach/map.h>
21 #include <asm/uaccess.h>
22 #include <asm/io.h>
23
24 /* 寄存器物理地址 */
25 #define PERIPH_BASE (0x40000000)
26 #define MPU_AHB4_PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000000)
27 #define RCC_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0x0000)
28 #define RCC_MP_AHB4ENSETR (RCC_BASE + 0XA28)
29 #define GPIOI_BASE (MPU_AHB4_PERIPH_BASE + 0xA000)
30 #define GPIOI_MODER (GPIOI_BASE + 0x0000)
31 #define GPIOI_OTYPER (GPIOI_BASE + 0x0004)
32 #define GPIOI_OSPEEDR (GPIOI_BASE + 0x0008)
33 #define GPIOI_PUPDR (GPIOI_BASE + 0x000C)
34 #define GPIOI_BSRR (GPIOI_BASE + 0x0018)
35 #define REGISTER_LENGTH 4
36
37 /* @description : 释放flatform设备模块的时候此函数会执行
38 * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url] - dev : 要释放的设备
39 * @return : 无
40 */
41 static void led_release(struct device *dev)
42 {
43 printk("led device released!\r\n");
44 }
45
46 /*
47 * 设备资源信息，也就是LED0所使用的所有寄存器
48 */
49 static struct resource led_resources[] = {
50 [0] = {
51 .start = RCC_MP_AHB4ENSETR,
52 .end = (RCC_MP_AHB4ENSETR + REGISTER_LENGTH - 1),
53 .flags = IORESOURCE_MEM,
54 },
55 [1] = {
56 .start = GPIOI_MODER,
57 .end = (GPIOI_MODER + REGISTER_LENGTH - 1),
58 .flags = IORESOURCE_MEM,
59 },
60 [2] = {
61 .start = GPIOI_OTYPER,
62 .end = (GPIOI_OTYPER + REGISTER_LENGTH - 1),
63 .flags = IORESOURCE_MEM,
64 },
65 [3] = {
66 .start = GPIOI_OSPEEDR,
67 .end = (GPIOI_OSPEEDR + REGISTER_LENGTH - 1),
68 .flags = IORESOURCE_MEM,
69 },
70 [4] = {
71 .start = GPIOI_PUPDR,
72 .end = (GPIOI_PUPDR + REGISTER_LENGTH - 1),
73 .flags = IORESOURCE_MEM,
74 },
75 [5] = {
76 .start = GPIOI_BSRR,
77 .end = (GPIOI_BSRR + REGISTER_LENGTH - 1),
78 .flags = IORESOURCE_MEM,
79 },
80 };
81
82 /*
83 * platform设备结构体
84 */
85 static struct platform_device leddevice = {
86 .name = "stm32mp1-led",
87 .id = -1,
88 .dev = {
89 .release = &led_release,
90 },
91 .num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
92 .resource = led_resources,
93 };
94
95 /*
96 * @description : 设备模块加载
97 * @param : 无
98 * @return : 无
99 */
100 static int __init leddevice_init(void)
101 {
102 return platform_device_register(&leddevice);
103 }
104
105 /*
106 * @description : 设备模块注销
107 * @param : 无
108 * @return : 无
109 */
110 static void __exit leddevice_exit(void)
111 {
112 platform_device_unregister(&leddevice);
113 }
114
115 module_init(leddevice_init);
116 module_exit(leddevice_exit);
117 MODULE_LICENSE("GPL");
118 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
119 MODULE_INFO(intree, "Y");

复制代码

leddevice.c文件内容就是按照示例代码34.2.3.4的platform设备模板编写的。
      第49~80行，led_resources数组，也就是设备资源，描述了LED所要使用到的寄存器信息，也就是IORESOURCE_MEM资源。
      第85~93，platform设备结构体变量leddevice，这里要注意name字段为“stm32mp1-led”，所以稍后编写platform驱动中的name字段也要为“stm32mp1-led”，否则设备和驱动匹配失败。
      第100~103行，设备模块加载函数，在此函数里面通过platform_device_register向Linux内核注册leddevice这个platform设备。
      第110~113行，设备模块卸载函数，在此函数里面通过platform_device_unregister从Linux内核中删除掉leddevice这个platform设备。
      leddevice.c文件编写完成以后就编写leddriver.c这个platform驱动文件，在leddriver.c里面输入如下内容：
示例代码54.4.1.2 leddriver.c文件代码段

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of_gpio.h>
12 #include <linux/semaphore.h>
13 #include <linux/timer.h>
14 #include <linux/irq.h>
15 #include <linux/wait.h>
16 #include <linux/poll.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/fcntl.h>
19 #include <linux/platform_device.h>
20 #include <asm/mach/map.h>
21 #include <asm/uaccess.h>
22 #include <asm/io.h>
23
24 #define LEDDEV_CNT 1 /* 设备号长度 */
25 #define LEDDEV_NAME "platled" /* 设备名字 */
26 #define LEDOFF 0
27 #define LEDON 1
28
29 /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
30 static void __iomem *MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI;
31 static void __iomem *GPIOI_MODER_PI;
32 static void __iomem *GPIOI_OTYPER_PI;
33 static void __iomem *GPIOI_OSPEEDR_PI;
34 static void __iomem *GPIOI_PUPDR_PI;
35 static void __iomem *GPIOI_BSRR_PI;
36
37 /* leddev设备结构体 */
38 struct leddev_dev{
39 dev_t devid; /* 设备号 */
40 struct cdev cdev; /* cdev */
41 struct class *class; /* 类 */
42 struct device *device; /* 设备 */
43 };
44
45 struct leddev_dev leddev; /* led设备 */
46
47 /*
48 * @description : LED打开/关闭
49 * @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
50 * @return : 无
51 */
52 void led_switch(u8 sta)
53 {
54 u32 val = 0;
55 if(sta == LEDON) {
56 val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
57 val |= (1 << 16);
58 writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
59 }else if(sta == LEDOFF) {
60 val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
61 val|= (1 << 0);
62 writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
63 }
64 }
65
66 /*
67 * @description : 取消映射
68 * @return : 无
69 */
70 void led_unmap(void)
71 {
72 /* 取消映射 */
73 iounmap(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
74 iounmap(GPIOI_MODER_PI);
75 iounmap(GPIOI_OTYPER_PI);
76 iounmap(GPIOI_OSPEEDR_PI);
77 iounmap(GPIOI_PUPDR_PI);
78 iounmap(GPIOI_BSRR_PI);
79 }
80
81 /*
82 * @description : 打开设备
83 * @param – inode : 传递给驱动的inode
84 * @param – filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
85 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
86 * @return : 0 成功;其他失败
87 */
88 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
89 {
90 return 0;
91 }
92
93 /*
94 * @description : 向设备写数据
95 * @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
96 * @param - buf : 要写给设备写入的数据
97 * @param - cnt : 要写入的数据长度
98 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
99 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
100 */
101 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
102 {
103 int retvalue;
104 unsigned char databuf[1];
105 unsigned char ledstat;
106
107 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
108 if(retvalue < 0) {
109 printk("kernel write failed!\r\n");
110 return -EFAULT;
111 }
112
113 ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
114 if(ledstat == LEDON) {
115 led_switch(LEDON); /* 打开LED灯 */
116 }else if(ledstat == LEDOFF) {
117 led_switch(LEDOFF); /* 关闭LED灯 */
118 }
119
120 return 0;
121 }
122
123 /* 设备操作函数 */
124 static struct file_operations led_fops = {
125 .owner = THIS_MODULE,
126 .open = led_open,
127 .write = led_write,
128 };
129
130 /*
131 * @description : flatform驱动的probe函数
132 * @param - dev : platform设备
133 * @return : 0，成功;其他负值,失败
134 */
135 static int led_probe(struct platform_device *dev)
136 {
137 int i = 0, ret;
138 int ressize[6];
139 u32 val = 0;
140 struct resource *ledsource[6];
141
142 printk("led driver and device has matched!\r\n");
143 /* 1、获取资源 */
144 for (i = 0; i < 6; i++) {
145 ledsource = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i);
146 if (!ledsource) {
147 dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");
148 return -ENXIO;
149 }
150 ressize = resource_size(ledsource);
151 }
152
153 /* 2、初始化LED */
154 /* 寄存器地址映射 */
155 MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI = ioremap(ledsource[0]->start,
ressize[0]);
156 GPIOI_MODER_PI = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);
157 GPIOI_OTYPER_PI = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);
158 GPIOI_OSPEEDR_PI = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);
159 GPIOI_PUPDR_PI = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);
160 GPIOI_BSRR_PI = ioremap(ledsource[5]->start, ressize[5]);
161
162 /* 3、使能PI时钟 */
163 val = readl(MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
164 val &= ~(0X1 << 8); /* 清除以前的设置 */
165 val |= (0X1 << 8); /* 设置新值 */
166 writel(val, MPU_AHB4_PERIPH_RCC_PI);
167
168 /* 4、设置PI0通用的输出模式。*/
169 val = readl(GPIOI_MODER_PI);
170 val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1清零 */
171 val |= (0X1 << 0); /* bit0:1设置01 */
172 writel(val, GPIOI_MODER_PI);
173
174 /* 5、设置PI0为推挽模式。*/
175 val = readl(GPIOI_OTYPER_PI);
176 val &= ~(0X1 << 0); /* bit0清零，设置为上拉*/
177 writel(val, GPIOI_OTYPER_PI);
178
179 /* 6、设置PI0为高速。*/
180 val = readl(GPIOI_OSPEEDR_PI);
181 val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1 清零 */
182 val |= (0x2 << 0); /* bit0:1 设置为10 */
183 writel(val, GPIOI_OSPEEDR_PI);
184
185 /* 7、设置PI0为上拉。*/
186 val = readl(GPIOI_PUPDR_PI);
187 val &= ~(0X3 << 0); /* bit0:1 清零 */
188 val |= (0x1 << 0); /*bit0:1 设置为01 */
189 writel(val,GPIOI_PUPDR_PI);
190
191 /* 8、默认关闭LED */
192 val = readl(GPIOI_BSRR_PI);
193 val |= (0x1 << 0);
194 writel(val, GPIOI_BSRR_PI);
195
196 /* 注册字符设备驱动 */
197 /* 1、申请设备号 */
198 ret = alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT,
LEDDEV_NAME);
199 if(ret < 0)
200 goto fail_map;
201
202 /* 2、初始化cdev */
203 leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;
204 cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
205
206 /* 3、添加一个cdev */
207 ret = cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);
208 if(ret < 0)
209 goto del_unregister;
210
211 /* 4、创建类 */
212 leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
213 if (IS_ERR(leddev.class)) {
214 goto del_cdev;
215 }
216
217 /* 5、创建设备 */
218 leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid,
NULL, LEDDEV_NAME);
219 if (IS_ERR(leddev.device)) {
220 goto destroy_class;
221 }
222 return 0;
223
224 destroy_class:
225 class_destroy(leddev.class);
226 del_cdev:
227 cdev_del(&leddev.cdev);
228 del_unregister:
229 unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT);
230 fail_map:
231 led_unmap();
232 return -EIO;
233 }
234
235 /*
236 * @description : platform驱动的remove函数
237 * @param - dev : platform设备
238 * @return : 0，成功;其他负值,失败
239 */
240 static int led_remove(struct platform_device *dev)
241 {
242 led_unmap(); /* 取消映射 */
243 cdev_del(&leddev.cdev); /* 删除cdev */
244 unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */
245 device_destroy(leddev.class, leddev.devid); /* 注销设备 */
246 class_destroy(leddev.class); /* 注销类 */
247 return 0;
248 }
249
250 /* platform驱动结构体 */
251 static struct platform_driver led_driver = {
252 .driver = {
253 .name = "stm32mp1-led", /* 驱动名字，用于和设备匹配 */
254 },
255 .probe = led_probe,
256 .remove = led_remove,
257 };
258
259 /*
260 * @description : 驱动模块加载函数
261 * @param : 无
262 * @return : 无
263 */
264 static int __init leddriver_init(void)
265 {
266 return platform_driver_register(&led_driver);
267 }
268
269 /*
270 * @description : 驱动模块卸载函数
271 * @param : 无
272 * @return : 无
273 */
274 static void __exit leddriver_exit(void)
275 {
276 platform_driver_unregister(&led_driver);
277 }
278
279 module_init(leddriver_init);
280 module_exit(leddriver_exit);
281 MODULE_LICENSE("GPL");
282 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
283 MODULE_INFO(intree, "Y");

复制代码

leddriver.c文件内容就是按照示例代码34.2.2.5的platform驱动模板编写的。
      第88~128行，传统的字符设备驱动。
      第135~233行，probe函数，当设备和驱动匹配以后此函数就会执行，当匹配成功以后会在终端上输出“led driver and device has matched!”。在probe函数里面初始化LED、注册字符设备驱动。也就是将原来在驱动加载函数里面做的工作全部放到probe函数里面完成。
      第240~248行，remobe函数，当卸载platform驱动的时候此函数就会执行。在此函数里面释放内存、注销字符设备等。也就是将原来驱动卸载函数里面的工作全部都放到remove函数中完成。
      第251~257行，platform_driver驱动结构体，注意name字段为"stm32mp1-led"，和我们在leddevice.c文件里面设置的设备name字段一致。
      第264~267行，驱动模块加载函数，在此函数里面通过platform_driver_register向Linux内核注册led_driver驱动。
      第274~277行，驱动模块卸载函数，在此函数里面通过platform_driver_unregister从Linux内核卸载led_driver驱动。
34.4.2 测试APP编写
      测试APP的内容很简单，就是打开和关闭LED灯，新建ledApp.c这个文件，然后在里面输入如下内容：
示例代码34.4.2.1 ledApp.c文件代码段

1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8 /***************************************************************
10 文件名 : ledApp.c
11 作者 : 正点原子Linux团队
12 版本 : V1.0
13 描述 : platform驱动驱测试APP。
14 其他 : 无
15 使用方法：./ledApp /dev/platled 0 关闭LED
16 ./ledApp /dev/platled 1 打开LED
17 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
18 日志 : 初版V1.0 2019/8/16 正点原子Linux团队创建
19 ***************************************************************/
20 #define LEDOFF 0
21 #define LEDON 1
22
23 /*
24 * @description : main主程序
25 * @param - argc : argv数组元素个数
26 * @param - argv : 具体参数
27 * @return : 0 成功;其他失败
28 */
29 int main(int argc, char *argv[])
30 {
31 int fd, retvalue;
32 char *filename;
33 unsigned char databuf[1];
34
35 if(argc != 3){
36 printf("Error Usage!\r\n");
37 return -1;
38 }
39
40 filename = argv[1];
41 /* 打开led驱动 */
42 fd = open(filename, O_RDWR);
43 if(fd < 0){
44 printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
45 return -1;
46 }
47
48 databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */
49 retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
50 if(retvalue < 0){
51 printf("LED Control Failed!\r\n");
52 close(fd);
53 return -1;
54 }
55
56 retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
57 if(retvalue < 0){
58 printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
59 return -1;
60 }
61 return 0;
62 }

复制代码

ledApp.c文件内容很简单，就是控制LED灯的亮灭，和第四十一章的测试APP基本一致，这里就不重复讲解了。
34.5 运行测试
34.5.1 编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为“leddevice.o leddriver.o”，Makefile内容如下所示：
示例代码34.5.1.1 Makefile文件

1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31
......
4 obj-m := leddevice.o
5 obj-m += leddriver.o
......
12 clean:
13 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

复制代码

第4，5行，设置obj-m变量的值为“leddevice.o leddriver.o”。
输入如下命令编译出驱动模块文件：

make -j32

复制代码

      编译成功以后就会生成一个名为“leddevice.ko leddriver.ko”的驱动模块文件。
      2、编译测试APP
      输入如下命令编译测试ledApp.c这个测试程序：

arm-none-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

复制代码

编译成功以后就会生成ledApp这个应用程序。
34.4.2 运行测试
将上一小节编译出来leddevice.ko、leddriver.ko和ledApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/5.4.31目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/5.4.31中，输入如下命令加载leddevice.ko设备模块和leddriver.ko这个驱动模块。

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe leddevice.ko //加载设备模块
modprobe leddriver.ko //加载驱动模块

复制代码

根文件系统中/sys/bus/platform/目录下保存着当前板子platform总线下的设备和驱动，其中devices子目录为platform设备，drivers子目录为plartofm驱动。进入/sys/bus/platform/devices/目录，查看我们的设备是否存在，我们在leddevice.c中设置设备的name字段为“stm32mp1-led”，因此肯定在/sys/bus/platform/devices/目录下存在一个名字“stm32mp1-led”的文件，否则说明我们的设备模块加载失败，结果如图34.4.2.1所示：

图34.4.2.1 stm32mp1-led设备

同理，查看/sys/bus/platform/drivers/目录，看一下驱动是否存在，我们在leddriver.c中设置name字段为“stm32mp1-led”，因此会在/sys/bus/platform/drivers/目录下存在名为“stm32mp1-led”这个文件，结果如图34.4.2.2所示：