1、簡介

本文基于內(nèi)核源碼4.19.4分析。

linux內(nèi)核設(shè)備的注冊由device_register()函數(shù)完成，這個函數(shù)是linux設(shè)備驅(qū)動模型的核心函數(shù)，實現(xiàn)在/drivers/base/core.c中：

在device_register()函數(shù)中，分為兩個步驟：

（1）調(diào)用device_initialize()：該步驟用于初始化一個device。

（2）調(diào)用device_add()：該函數(shù)用于將device添加到linux內(nèi)核的device樹中。

2、device_initialize分析

該函數(shù)接收一個struct device *dev參數(shù)，在該函數(shù)中初始化struct device結(jié)構(gòu)中的幾個重要成員：

設(shè)置dev->kobj.kset為device_kset。device_kset是一個struct kset類型的全局變量，用于向sysfs文件系統(tǒng)中導(dǎo)出目錄：/sys/device/* 。

初始化dev中的kobject，并指定與這個對象相關(guān)聯(lián)的ktype為device_type。

初始化dma_pools鏈表。

初始化struct device中的各種鎖：

初始化device的電源管理：

如果在NUMA下，還會初始化設(shè)置device的numa_node為-1。

接著初始化device下的links中的鏈表：

在struct device 中的links表示鏈接到該設(shè)備的suppliers和consumers，由struct dev_links_info表示：

設(shè)置device下的links.status值為DL_DEV_NO_DRIVER，表示此時還沒有對應(yīng)驅(qū)動attach到這個設(shè)備。

以上步驟則是device_initialize()初始化設(shè)備時完成的操作。

3、device_add分析

（1）調(diào)用get_device(dev)增加device的引用計數(shù)。

（2）如果dev->p為NULL，則調(diào)用device_private_init()設(shè)置device的私有數(shù)據(jù)：

（3）設(shè)置device的name：

如果開啟支持pr_debug()函數(shù)，則會打印出對應(yīng)的設(shè)備名稱。

（4）尋找父設(shè)備和父設(shè)備對應(yīng)的kobj，并調(diào)用kobject_add()將dev->kobj添加到dev->kobj.parent：

（5）使用device_create_file為device創(chuàng)建sysfs屬性文件：

error=device_create_file(dev,&dev_attr_uevent);

dev_attr_uevent是一個struct device_attribute類型的數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)用于描述導(dǎo)出設(shè)備屬性的接口，定義如下：

structdevice_attribute{
structattributeattr;
ssize_t(*show)(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,
char*buf);
ssize_t(*store)(structdevice*dev,structdevice_attribute*attr,
constchar*buf,size_tcount);
};

（6）添加類的符號鏈接:

error=device_add_class_symlinks(dev);

device_add_class_symlinks()的功能是將設(shè)備添加到指定的設(shè)備類中，并在/sys/class目錄下為設(shè)備創(chuàng)建符號鏈接，以便用戶空間程序能夠方便地訪問和管理設(shè)備。

（7）調(diào)用device_add_attrs()為設(shè)備添加屬性：

error=device_add_attrs(dev);

device_add_attrs()的功能是為設(shè)備添加屬性，并在/sys/devices目錄下創(chuàng)建相應(yīng)的屬性文件。這樣，用戶空間程序可以通過訪問設(shè)備的屬性文件來讀取和修改設(shè)備的屬性值。這個函數(shù)在設(shè)備驅(qū)動的初始化過程中常常被調(diào)用，以確保設(shè)備的屬性能夠正確地顯示和訪問。

（8）調(diào)用bus_add_device()添加設(shè)備到bus：

bus_add_device用于將設(shè)備添加到總線上。它的功能是將一個設(shè)備（struct device結(jié)構(gòu)體）添加到指定總線（struct bus_type結(jié)構(gòu)體）上，并進行相應(yīng)的初始化和注冊操作。

bus_add_device的執(zhí)行邏輯：

（1）從dev->bus中取得bus_type*類型的指針bus，如果獲取bus不成功，則函數(shù)直接返回；如果bus獲取成功，則會繼續(xù)后續(xù)的第（2）步操作。

（2）調(diào)用device_add_attrs接口，將由bus->dev_attrs指針定義的默認attribute添加到內(nèi)核中，這個操作會體現(xiàn)在sysfs文件系統(tǒng)中的/sys/devices/xxx/xxx_device/目錄中。

（3）調(diào)用device_add_groups將bus_dev_groups添加到內(nèi)核中。

（4）調(diào)用sysfs_create_link將該設(shè)備在sysfs中的目錄，鏈接到該bus的devices目錄下

（5）接著依然調(diào)用sysfs_create_link，在該設(shè)備的sysfs目錄中，創(chuàng)建一個指向該設(shè)備所在bus目錄的鏈接，命名為subsystem。

（6）前面幾個操作實則是向sysfs文件系統(tǒng)注冊關(guān)于設(shè)備的信息，向用戶空間拋出接口。最后步驟則是調(diào)用klist_add_tail()將該設(shè)備指針保存到bus->p->klist_devices中。

（9）調(diào)用device_pm_add()將一個設(shè)備添加到PM核心的active設(shè)備鏈表中。

（10）創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點：

（11）通過bus_notifier告知系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)添加：

（12）調(diào)用bus_probe_device()為該設(shè)備probe一個驅(qū)動。該函數(shù)實現(xiàn)如下：

具體執(zhí)行流程如下：

（1）從dev中解析出該dev所在而bus，如果bus不存在，則退出該函數(shù)。

（2）如果設(shè)置了driver_autoprobe，則調(diào)用device_initial_probe(dev)。該函數(shù)本質(zhì)調(diào)用到device_attach()，嘗試將設(shè)備連接到驅(qū)動程序。

（3）遍歷bus上的子系統(tǒng)接口鏈表interfaces，如果add_dev函數(shù)指針存在，則調(diào)用對應(yīng)的函數(shù)。（從源碼來看有些驅(qū)動程序，會使用struct subsys_interface來實現(xiàn)，在此處實現(xiàn)對注冊的subsys_interface下的add_dev的調(diào)用執(zhí)行）

（13）如果父設(shè)備存在，則會將該設(shè)備添加到父設(shè)備的klist_children鏈表中（klist_children是包含此設(shè)備的所有子節(jié)點的鏈表）：

（14）如果設(shè)備的class不為NULL，則會將class綁定到device：

klist_add_tail(&dev->p->knode_class,&dev->class->p->klist_devices);

（15）通知所有的interface接口：

在內(nèi)核中，struct class_interface是用于表示設(shè)備類和設(shè)備驅(qū)動之間的接口的結(jié)構(gòu)體。它定義了設(shè)備類與設(shè)備驅(qū)動之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，允許設(shè)備驅(qū)動在注冊時與相應(yīng)的設(shè)備類進行關(guān)聯(lián)，并提供了一組函數(shù)指針，用于設(shè)備類調(diào)用設(shè)備驅(qū)動中的操作。

struct class_interface結(jié)構(gòu)體定義如下：

structclass_interface{
structlist_headnode;
structclass*class;
int(*add)(structdevice*dev,structclass_interface*class_intf);
void(*remove)(structdevice*dev,structclass_interface*class_intf);
};

node: 用于將struct class_interface鏈接到設(shè)備類的接口鏈表中。

class: 指向與該接口相關(guān)聯(lián)的設(shè)備類。

add: 指向設(shè)備類調(diào)用設(shè)備驅(qū)動的添加操作的函數(shù)指針。當設(shè)備添加到設(shè)備類時，會調(diào)用此函數(shù)。

remove: 指向設(shè)備類調(diào)用設(shè)備驅(qū)動的移除操作的函數(shù)指針。當設(shè)備從設(shè)備類中移除時，會調(diào)用此函數(shù)。

通過使用struct class_interface，設(shè)備驅(qū)動可以與設(shè)備類進行交互，以便在設(shè)備添加或移除時執(zhí)行相應(yīng)的操作。這種機制允許設(shè)備驅(qū)動與設(shè)備類解耦，使得設(shè)備驅(qū)動可以在設(shè)備類的上下文中執(zhí)行一些操作，而無需直接操作設(shè)備類。

回到device_add()中，使用了list_for_each_entry()遍歷interfaces鏈表，如果設(shè)置了class_intf->add_dev，則調(diào)用該回調(diào)函數(shù)指針指向的函數(shù)。

4、總結(jié)

結(jié)合本文內(nèi)容和linux內(nèi)核源碼，得出以下結(jié)論：

（1）在設(shè)備驅(qū)動模型中，所有的設(shè)備注冊操作最后都會調(diào)用device_register()函數(shù)實現(xiàn)。

（2）在筆者分析的linux版本下的device_register()中，存在兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struct class_interface 和struct subsys_interface。從內(nèi)核源碼來看，這兩個結(jié)構(gòu)只在為數(shù)不多的幾個特定驅(qū)動程序中使用，那么可證明這可能是歷史發(fā)展遺留下來的代碼，在device_register中仍然保留了對這部分代碼的支持。

（3）在device_register()中調(diào)用了bus_probe_device()，從而證明在注冊設(shè)備的時候發(fā)生了『設(shè)備與驅(qū)動匹配』的過程。

審核編輯：劉清