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platform 设备驱动实验

2023-11-16

我们在前面几章编写的设备驱动都非常的简单，都是对IO 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。

Linux 驱动的分离与分层

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54.1.1 所示：
在这里插入图片描述
从图54.1.1.1 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54.1.1 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54.1.1 中三种平台下的MPU6050 驱动
框架就可以简化为图54.1.1.2 所示：
在这里插入图片描述
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54.1.1.3 所示：
在这里插入图片描述

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54.1.1.4 所示：
在这里插入图片描述
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。

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。

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。但是在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。

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：

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

第10 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：

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 .pm = &platform_dev_pm_ops,
7 };

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：

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 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
19 int (*resume)(struct device *dev);
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21 const struct iommu_ops *iommu_ops;
22 struct subsys_private *p;
23 struct lock_class_key lock_key;
24 };

第10 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：

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 .pm = &platform_dev_pm_ops,
7 };

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：

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 }

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。

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：

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 };

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：

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：

1 struct device_driver {
2 const char *name;
3 struct bus_type *bus;
4
5 struct module *owner;
6 const char *mod_name; /* used for built-in modules */
7
8 bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */
9
10 const struct of_device_id *of_match_table;
11 const struct acpi_device_id *acpi_match_table;
12
13 int (*probe) (struct device *dev);
14 int (*remove) (struct device *dev);
15 void (*shutdown) (struct device *dev);
16 int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
17 int (*resume) (struct device *dev);
18 const struct attribute_group **groups;
19
20 const struct dev_pm_ops *pm;
21
22 struct driver_private *p;
23 };

第10 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：

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

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：

/* 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");

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。

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：

22 struct platform_device {
23 const char *name;
24 int id;
25 bool id_auto;
26 struct device dev;
27 u32 num_resources;
28 struct resource *resource;
29
30 const struct platform_device_id *id_entry;
31 char *driver_override; /* Driver name to force a match */
32
33 /* MFD cell pointer */
34 struct mfd_cell *mfd_cell;
35
36 /* arch specific additions */
37 struct pdev_archdata archdata;
38 };

第23 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27 行，num_resources 表示资源数量，一般为第28 行resource 资源的大小。

第28 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 结构体内容如下：

18 struct resource {
19 resource_size_t start;
20 resource_size_t end;
21 const char *name;
22 unsigned long flags;
23 struct resource *parent, *sibling, *child;
24 };

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：

29 #define IORESOURCE_BITS 0x000000ff /* Bus-specific bits */
30
31 #define IORESOURCE_TYPE_BITS 0x00001f00 /* Resource type */
32 #define IORESOURCE_IO 0x00000100 /* PCI/ISA I/O ports */
33 #define IORESOURCE_MEM 0x00000200
34 #define IORESOURCE_REG 0x00000300 /* Register offsets */
35 #define IORESOURCE_IRQ 0x00000400
36 #define IORESOURCE_DMA 0x00000800
37 #define IORESOURCE_BUS 0x00001000
......
104 /* PCI control bits. Shares IORESOURCE_BITS with above PCI ROM. */
105 #define IORESOURCE_PCI_FIXED (1<<4) /* Do not move resource */

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)

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)

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：

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");

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54.2.3.4 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。

硬件原理图分析

本章实验我们只使用到IMX6U-ALPHA 开发板上的LED 灯，因此实验硬件原理图参考8.3小节即可。

试验程序编写

本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 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。

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：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: leddevice.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: platform设备
其他	   	: 无
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建
***************************************************************/

/* 
 * 寄存器地址定义
 */
#define CCM_CCGR1_BASE				(0X020C406C)	
#define SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E0068)
#define SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE		(0X020E02F4)
#define GPIO1_DR_BASE				(0X0209C000)
#define GPIO1_GDIR_BASE				(0X0209C004)
#define REGISTER_LENGTH				4

/* @description		: 释放flatform设备模块的时候此函数会执行	
 * @param - dev 	: 要释放的设备 
 * @return 			: 无
 */
static void	led_release(struct device *dev)
{
	printk("led device released!\r\n");	
}

/*  
 * 设备资源信息，也就是LED0所使用的所有寄存器
 */
static struct resource led_resources[] = {
	[0] = {
		.start 	= CCM_CCGR1_BASE,
		.end 	= (CCM_CCGR1_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags 	= IORESOURCE_MEM,
	},	
	[1] = {
		.start	= SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE,
		.end	= (SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[2] = {
		.start	= SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE,
		.end	= (SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[3] = {
		.start	= GPIO1_DR_BASE,
		.end	= (GPIO1_DR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
	[4] = {
		.start	= GPIO1_GDIR_BASE,
		.end	= (GPIO1_GDIR_BASE + REGISTER_LENGTH - 1),
		.flags	= IORESOURCE_MEM,
	},
};


/*
 * platform设备结构体 
 */
static struct platform_device leddevice = {
	.name = "imx6ul-led",
	.id = -1,
	.dev = {
		.release = &led_release,
	},
	.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
	.resource = led_resources,
};
		
/*
 * @description	: 设备模块加载 
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init leddevice_init(void)
{
	return platform_device_register(&leddevice);
}

/*
 * @description	: 设备模块注销
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit leddevice_exit(void)
{
	platform_device_unregister(&leddevice);
}

module_init(leddevice_init);
module_exit(leddevice_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

leddevice.c 文件内容就是按照示例代码54.2.3.4 的platform 设备模板编写的。
第56~82 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88~96，platform 设备结构体变量leddevice，这里要注意name 字段为“imx6ul-led”，所以稍后编写platform 驱动中的name 字段也要为“imx6ul-led”，否则设备和驱动匹配失败。
第103~106 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113~116 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：

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: leddriver.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: platform驱动
其他	   	: 无
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/8/13 左忠凯创建
***************************************************************/

#define LEDDEV_CNT		1			/* 设备号长度 	*/
#define LEDDEV_NAME		"platled"	/* 设备名字 	*/
#define LEDOFF 			0
#define LEDON 			1

/* 寄存器名 */
static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;
static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;
static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;
static void __iomem *GPIO1_DR;
static void __iomem *GPIO1_GDIR;

/* leddev设备结构体 */
struct leddev_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号	*/
	struct cdev cdev;		/* cdev		*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备		*/
	int major;				/* 主设备号	*/		
};

struct leddev_dev leddev; 	/* led设备 */

/*
 * @description		: LED打开/关闭
 * @param - sta 	: LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED
 * @return 			: 无
 */
void led0_switch(u8 sta)
{
	u32 val = 0;
	if(sta == LEDON){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val &= ~(1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}else if(sta == LEDOFF){
		val = readl(GPIO1_DR);
		val|= (1 << 3);	
		writel(val, GPIO1_DR);
	}	
}

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	filp->private_data = &leddev; /* 设置私有数据  */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int retvalue;
	unsigned char databuf[1];
	unsigned char ledstat;

	retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
	if(retvalue < 0) {
		return -EFAULT;
	}

	ledstat = databuf[0];		/* 获取状态值 */
	if(ledstat == LEDON) {
		led0_switch(LEDON);		/* 打开LED灯 */
	}else if(ledstat == LEDOFF) {
		led0_switch(LEDOFF);	/* 关闭LED灯 */
	}
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations led_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.write = led_write,
};

/*
 * @description		: flatform驱动的probe函数，当驱动与设备匹配以后此函数就会执行
 * @param - dev 	: platform设备
 * @return 			: 0，成功;其他负值,失败
 */
static int led_probe(struct platform_device *dev)
{	
	int i = 0;
	int ressize[5];
	u32 val = 0;
	struct resource *ledsource[5];

	printk("led driver and device has matched!\r\n");
	/* 1、获取资源 */
	for (i = 0; i < 5; i++) {
		ledsource[i] = platform_get_resource(dev, IORESOURCE_MEM, i); /* 依次MEM类型资源 */
		if (!ledsource[i]) {
			dev_err(&dev->dev, "No MEM resource for always on\n");
			return -ENXIO;
		}
		ressize[i] = resource_size(ledsource[i]);	
	}	

	/* 2、初始化LED */
	/* 寄存器地址映射 */
 	IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(ledsource[0]->start, ressize[0]);
	SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[1]->start, ressize[1]);
  	SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(ledsource[2]->start, ressize[2]);
	GPIO1_DR = ioremap(ledsource[3]->start, ressize[3]);
	GPIO1_GDIR = ioremap(ledsource[4]->start, ressize[4]);
	
	val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);
	val &= ~(3 << 26);				/* 清除以前的设置 */
	val |= (3 << 26);				/* 设置新值 */
	writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);

	/* 设置GPIO1_IO03复用功能，将其复用为GPIO1_IO03 */
	writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);
	writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);

	/* 设置GPIO1_IO03为输出功能 */
	val = readl(GPIO1_GDIR);
	val &= ~(1 << 3);			/* 清除以前的设置 */
	val |= (1 << 3);			/* 设置为输出 */
	writel(val, GPIO1_GDIR);

	/* 默认关闭LED1 */
	val = readl(GPIO1_DR);
	val |= (1 << 3) ;	
	writel(val, GPIO1_DR);
	
	/* 注册字符设备驱动 */
	/*1、创建设备号 */
	if (leddev.major) {		/*  定义了设备号 */
		leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);
		register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);	/* 申请设备号 */
		leddev.major = MAJOR(leddev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
	}
	
	/* 2、初始化cdev */
	leddev.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);

	/* 4、创建类 */
	leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.class)) {
		return PTR_ERR(leddev.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);
	if (IS_ERR(leddev.device)) {
		return PTR_ERR(leddev.device);
	}

	return 0;
}

/*
 * @description		: platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行
 * @param - dev 	: platform设备
 * @return 			: 0，成功;其他负值,失败
 */
static int led_remove(struct platform_device *dev)
{
	iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);
	iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);
	iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);
	iounmap(GPIO1_DR);
	iounmap(GPIO1_GDIR);

	cdev_del(&leddev.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT); /* 注销设备号 */
	device_destroy(leddev.class, leddev.devid);
	class_destroy(leddev.class);
	return 0;
}

/* platform驱动结构体 */
static struct platform_driver led_driver = {
	.driver		= {
		.name	= "imx6ul-led",			/* 驱动名字，用于和设备匹配 */
	},
	.probe		= led_probe,
	.remove		= led_remove,
};
		
/*
 * @description	: 驱动模块加载函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init leddriver_init(void)
{
	return platform_driver_register(&led_driver);
}

/*
 * @description	: 驱动模块卸载函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit leddriver_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&led_driver);
}

module_init(leddriver_init);
module_exit(leddriver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");

leddriver.c 文件内容就是按照示例代码54.2.2.5 的platform 驱动模板编写的。

第34~122 行，传统的字符设备驱动。
第130~206 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!”这样语句。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213~226 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229~235 行，platform_driver 驱动结构体，注意name 字段为"imx6ul-led"，和我们在leddevice.c 文件里面设置的设备name 字段一致。

第242~245 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252~255 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。

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：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名		: ledApp.c
作者	  	: 左忠凯
版本	   	: V1.0
描述	   	: platform驱动驱测试APP。
其他	   	: 无
使用方法	 ：./ledApp /dev/platled  0 关闭LED
		     ./ledApp /dev/platled  1 打开LED		
论坛 	   	: www.openedv.com
日志	   	: 初版V1.0 2019/8/16 左忠凯创建
***************************************************************/
#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	1

/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char databuf[2];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];

	/* 打开led驱动 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	
	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("LED Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}

	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

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。

54.5 运行测试

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：

KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH := $(shell pwd)

obj-m := leddevice.o
obj-m += leddriver.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules

clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

第4 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

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-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp

编译成功以后就会生成ledApp 这个应用程序。

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/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15 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

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。查看/sys/bus/platform/devices/目录，看看我们的设备是否存在，我们在leddevice.c 中设置leddevice(platform_device 类型)的
name 字段为“imx6ul-led”，也就是设备名字为imx6ul-led，因此肯定在/sys/bus/platform/devices/目录下存在一个名字“imx6ul-led”的文件，否则说明我们的设备模块加载失败，结果如图54.4.2.1所示：
在这里插入图片描述
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led_driver (platform_driver 类型)的name 字段为“imx6ul-led”，因此会在/sys/bus/platform/drivers/目录下存在名为“imx6ul-led”这个文件，结果如图54.4.2.2 所示：
在这里插入图片描述
驱动模块和设备模块加载成功以后platform 总线就会进行匹配，当驱动和设备匹配成功以后就会输出如图54.4.2.3 所示一行语句：
在这里插入图片描述
驱动和设备匹配成功以后就可以测试LED 灯驱动了，输入如下命令打开LED 灯：

./ledApp /dev/platled 1 //打开LED 灯

在输入如下命令关闭LED 灯：

./ledApp /dev/platled 0 //关闭LED 灯

观察一下LED 灯能否打开和关闭，如果可以的话就说明驱动工作正常，如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod leddevice.ko
rmmod leddriver.ko
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