参考:

1)《LINUX设备驱动程序》第十四章 Linux 设备模型

2)内核源码2.6.38

内核初始化的时候会对设备模型作初始化,见init/main.c: start_kernel->rest_init->kernel_init->do_basic_setup->driver_init

设备模型中重要的数据结构

include/linux/kobject.h:

struct kobject

struct kset

include/linux/device.h:

struct device

struct device_driver

struct bus_type

struct class

1. kobject

Linux设备驱动模型是一个复杂的数据结构,kobject是构成设备驱动模型的基本元素,它总是嵌入到其他结构中,用于把高级对象连接到设备驱动模型上。kobject类似于面向对象中的基类,device,device driver,bus,class便是它的派生产物。struct device,struct device_driver,struct bus_type,struct class中都包含一个类型为struct kobject的成员。

kobject和虚拟文件系统sysfs有着紧密的联系,一个kobject结构对应sysfs下的一个目录。

Documentation/kobject.txt和Documentation/filesystems/sysfs.txt对kobject和sysfs有详细描述。

struct kobject定义在include/linux/kobject.h中:

 60 struct kobject {     
const char *name; /*对应sysfs中的目录名*/
struct list_head entry; /*同类kobject组成一个双向链表,entry是该链表中的一个节点*/
struct kobject *parent; /*指向父kobject*/
struct kset *kset; /*指向所属的kset*/
struct kobj_type *ktype; /*struct kobj_type中的struct attribute对应sysfs中的文件*/
struct sysfs_dirent *sd;
struct kref kref;
unsigned int state_initialized:;
unsigned int state_in_sysfs:;
unsigned int state_add_uevent_sent:;
unsigned int state_remove_uevent_sent:;
unsigned int uevent_suppress:;
};

内核用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系,有两种独立的机制用于连接:parent指针和kset。

在kobject结构中的parent成员指向另一个kobject结构,这个结构表示了分层结构中的上一层节点。父kobject和kobject在sysfs中表现为目录与子目录的关系。

kset是同类kobject的集合。

struct kset定义在include/linux/kobject.h中:

 struct kset {
struct list_head list; /*kset包含的kobject组成一个链表,list指向该链表头*/
spinlock_t list_lock;
struct kobject kobj;
const struct kset_uevent_ops *uevent_ops;
};

kset通过链表来管理集合中的kobject,struct kset中的list成员指向该链表头。

struct kset结构中亦有一个struct kobject类型的成员,故kset在sysfs中同样对应一个目录。

大部分情况下,kset集合中koject的父kobject都指向该kset中的kobject成员。

kset,parent,kobject的关系如下图:

linux device model简述-LMLPHP

对kobject的操作函数定义在lib/kobject.c中。

2. 总线、设备、驱动、类

下面主要描述一下总线、设备、驱动、类之间的关系,Documentation/driver-model下亦有描述。对于总线、设备、驱动、类的操作函数的实现,code shows you everything,详见drivers/base下的bus.c,core.c,driver.c,dd.c,class.c等。

2.1 总线

总线是处理器与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。总线用struct bus_type来描述,bus_type是该总线下设备和驱动的管理机构。

struct bus_type定义在include/linux/device.h中:

  struct bus_type {
const char *name;
struct bus_attribute *bus_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
struct driver_attribute *drv_attrs; int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
int (*probe)(struct device *dev);
int (*remove)(struct device *dev);
void (*shutdown)(struct device *dev); int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev); const struct dev_pm_ops *pm; struct subsys_private *p;
};

重点看一下结构struct subsys_private,该结构描述了总线与设备和驱动的关系:

  struct subsys_private {
struct kset subsys;
struct kset *devices_kset; struct kset *drivers_kset;
struct klist klist_devices;
struct klist klist_drivers;
struct blocking_notifier_head bus_notifier;
unsigned int drivers_autoprobe:;
struct bus_type *bus; struct list_head class_interfaces;
struct kset glue_dirs;
struct mutex class_mutex;
struct class *class;
};

1)devices_kset和drivers_kset分别指向该总线下所有设备和驱动的集合,在sysfs中,/sys/bus/xxx/下总是存在/sys/bus/xxx/devices和/sys/bus/xxx/drivers目录。

2)bus_type还管理着两个链表,klist_devices和 klist_drivers,分别表示该总线下的所有设备和所有驱动。

2.2 设备

设备驱动模型中,每一个设备都用struct device描述,struct device定义在include/linux/device.h中,下面只列出部分成员:

 struct device {
struct device *parent; struct device_private *p; struct kobject kobj;
......
...... struct bus_type *bus; /* type of bus device is on */
struct device_driver *driver; /* which driver has allocated this
421 device */
......
...... struct klist_node knode_class;
struct class *class;
......
......
};
  struct device_private {
struct klist klist_children;
struct klist_node knode_parent;
struct klist_node knode_driver;
struct klist_node knode_bus;
void *driver_data;
struct device *device;
};

1)父子关系:它是一个父设备,它维护一个子设备的链表klist_children;它同时是一个子设备, parent指向它的父设备,knode_parent是该设备在其父设备的子设备链表中的节点;

2)与总线的关系:它挂在某个总线下,bus指向该总线的bus_type结构, knode_bus是其所在总线所维护的设备链表中的一个节点;

3)与驱动的关系:它是一个设备,理所当然要跟一个驱动匹配, driver指向与该设备匹配的device_driver结构,bus下的每一个驱动会维护一个设备链表表示该驱动支持的所有设备, knode_driver便表示该链表下的一个节点;

4)与类的关系:类是一个设备的高层视图,它抽象出了底层的实现细节,允许用户空间使用设备所提供的功能,而不关心设备是如何连接以及它们是如何工作的。即具体相似功能的设备被划为一类。class 指向该设备所属的类,每个类会维护一个链表表示该类型下的所有设备, knode_class便是该链表中的一个节点。

2.3 驱动

struct device_driver用来描述驱动程序,其定义在include/linux下:

 struct device_driver {
const char *name;
struct bus_type *bus; ......
......
struct driver_private *p;
};
  struct driver_private {
struct kobject kobj;
struct klist klist_devices;
struct klist_node knode_bus;
struct module_kobject *mkobj;
struct device_driver *driver;
};

1)与设备的关系:每个驱动程序可以支持多个设备,device_driver维护了一个链表表示该驱动支持的所有设备,klist_devices指向该链表头;

2)与总线的关系:每个总线维护一个链表表示该总线下的所有驱动,knode_bus便是该链表下的一个节点, bus指向该驱动所在的总线;

2.4

类是一个设备的高层视图,它抽象出了底层的实现细节,允许用户空间使用设备所提供的功能,而不关心设备是如何连接以及它们是如何工作的。即具体相似功能的设备被划为一类。类用struct class描述,定义在include/device.h中:

 struct class {
const char *name;
struct module *owner; struct class_attribute *class_attrs;
struct device_attribute *dev_attrs;
struct bin_attribute *dev_bin_attrs;
struct kobject *dev_kobj; int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
char *(*devnode)(struct device *dev, mode_t *mode); void (*class_release)(struct class *class);
void (*dev_release)(struct device *dev); int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
int (*resume)(struct device *dev); const struct kobj_ns_type_operations *ns_type;
const void *(*namespace)(struct device *dev); const struct dev_pm_ops *pm; struct subsys_private *p;
};
 struct subsys_private {
struct kset subsys;
struct kset *devices_kset; struct kset *drivers_kset;
struct klist klist_devices;
struct klist klist_drivers;
struct blocking_notifier_head bus_notifier;
unsigned int drivers_autoprobe:;
struct bus_type *bus; struct list_head class_interfaces;
struct kset glue_dirs;
struct mutex class_mutex;
struct class *class;
};

1)与设备的关系:每个类会维护一个链表表示该类型下的所有设备, devices_kset指向该链表头

05-11 20:07