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Linux驱动开发方法论

  有没有发现它们的共性是什么?对,不是很傻很天真,而是很长很复杂。不过不妨把它们看成艺术品,既然是艺术,当然不会让你那么容易的就看懂了,不然怎么称大师称名家。这么想想咱们就会比较的宽慰了,阿Q是鲁迅对咱们80后最大的贡献。

  我知道进入了21世纪,最缺的就是耐性,房价股价都让咱们没有耐性,内核的代码也让人没有耐性。不过做为最没有耐性的一代人,还是要平心静气的扫一 下上面的结构,我们会发现,structbus_type中有成员struct kset drivers 和struct kset devices,同时struct device中有两个成员struct bus_type * bus和struct device_driver *driver,struct device_driver中有两个成员structbus_type * bus和struct klist klist_devices。先不说什么是klist、kset,光从成员的名字看,它们就是一个完美的三角关系。我们每个人心中是不是都有两个她?一个 梦中的她,一个现实中的她。

  凭一个男人的直觉,我们可以知道,struct device中的bus表示这个设备连到哪个总线上,driver表示这个备的驱动是什么,struct device_driver中的bus表示这个驱动属于哪个总线,klist_devices表示这个驱动都持哪些设备,因为这里device是复数, 又是list,更因为一个驱动可以支持多个设备,而一个设备只能绑定个驱动。当然,struct bus_type中的drivers和devices分别表示了这个总线拥有哪些设备和哪些驱动。

  单凭直觉,张钰红不了。我们还需要看看什么是klist、kset。还有上面device和driver结构里出现的kobject结构是什么?作 为一个五星红旗下长大的孩子,我可以肯定的告诉你,kobject和kset都是Linux设备模型中最基本的元素,总线、设备、驱动是西 瓜,kobjcet、klist是种瓜的人,没有幕后种瓜人的汗水不会有清爽解渴的西瓜,我们不能光知道西瓜的的甜,还要知道种瓜人的辛苦。kobject和kset不会在意自己的得失,它们存在的意义在于把总线、设备和驱动这样的对象连接到设备模型上。种瓜的人也不会在意自己的汗水,在意的只是能不能送出甜蜜的西瓜。

  一般来说应该这么理解,整个Linux的设备模型是一个OO的体系结构,总线、设备和驱动都是其中鲜活存在的对象,kobject是它们的基类,所 实现的只是一些公共的接口,kset是同种类型kobject对象的集合,也可以说是对象的容器。只是因为C里不可能会有C++里类的class继承、组合等的概念,只有通过kobject嵌入到对象结构里来实现。这样,内核使用kobject将各个对象连接起来组成了一个分层的结构体系,就好像马列主义 将我们13亿人也连接成了一个分层的社会体系一样。kobject结构里包含了parent成员,指向了另一个kobject结构,也就是这个分层结构的上一层结点。而kset是通过链表来实现的,这样就可以明白,struct bus_type结构中的成员drivers和devices表示了一条总线拥有两条链表,一条是设备链表,一条是驱动链表。我们知道了总线对应的数据结 构,就可以找到这条总线关联了多少设备,又有哪些驱动来支持这类设备。

  那么klist呢?其实它就包含了一个链表和一个自旋锁,我们暂且把它看成链表也无妨,本来在2.6.11内核里,struct device_driver结构的devices成员就是一个链表类型。这么一说,咱们上面的直觉都是正确的,如果买股票,摸彩票时直觉都这么管用,就不 会有咱们这被压扁的一代了。

  现在的人都知道,三角关系很难处。那么总线、设备和驱动之间是如何和谐共处那?先说说总线中的那两条链表是怎么形成的。内核要求每次出现一个设备就 要向总线汇报,或者说注册,每次出现一个驱动,也要向总线汇报,或者说注册。比如系统初始化的时候,会扫描连接了哪些设备,并为每一个设备建立起一个 struct device的变量,每一次有一个驱动程序,就要准备一个structdevice_driver结构的变量。把这些变量统统加入相应的链表,device 插入devices 链表,driver插入drivers链表。这样通过总线就能找到每一个设备,每一个驱动。然而,假如计算机里只有设备却没有对应的驱动,那么设备无法工 作。反过来,倘若只有驱动却没有设备,驱动也起不了任何作用。在他们遇见彼此之前,双方都如同路埂的野草,一个飘啊飘一个摇啊摇,谁也不知道未来在哪里,只能在生命的风里飘摇。于是总线上的两张表里就慢慢的就挂上了那许多孤单的灵魂。

  devices开始多了,drivers开始多了,他们像是来自两个 世界,devices们彼此取暖,drivers们一起狂欢,但他们有一点是相同的,都只是在等待属于自己的那个另一半。

  现在,总线上的两条链表已经有了,这个三角关系三个边已经有了两个,剩下的那个那?链表里的设备和驱动又是如何联系那?先有设备还是先有驱动?很久 很久以前,在那激情燃烧的岁月里,先有的是设备,每一个要用的设备在计算机启动之前就已经插好了,插放在它应该在的位置上,然后计算机启动,然后操作系统 开始初始化,总线开始扫描设备,每找到一个设备,就为其申请一个struct device结构,并且挂入总线中的devices链表中来,然后每一个驱动程序开始初始化,开始注册其struct device_driver结构,然后它去总线的devices链表中去寻找(遍历),去寻找每一个还没有绑定驱动的设备,即struct device中的struct device_driver指针仍为空的设备,然后它会去观察这种设备的特征,看是否是他所支持的设备,如果是,那么调用一个叫做 device_bind_driver的函数,然后他们就结为了秦晋之好。换句话说,把struct device中的struct device_driverdriver指向这个驱动,而struct device_driver driver把struct device加入他的那张struct klistklist_devices链表中来。就这样,bus、device和driver,这三者之间或者说他们中的两两之间,就给联系上了。知道其中之一,就 能找到另外两个。一荣俱荣,一损俱损。

  但现在情况变了,在这红莲绽放的日子里,在这樱花伤逝的日子里,出现了一种新的名词,叫热插拔。设备可以在计算机启动以后在插入或者拔出计算机了。 因此,很难再说是先有设备还是先有驱动了。因为都有可能。设备可以在任何时刻出现,而驱动也可以在任何时刻被加载,所以,出现的情况就是,每当一个struct device诞生,它就会去bus的drivers链表中寻找自己的另一半,反之,每当一个一structdevice_driver诞生,它就去bus的devices链表中寻找它的那些设备。如果找到了合适的,那么OK,和之前那种情况一下,调用 device_bind_driver绑定好。如果找不到,没有关系,等待吧,等到昙花再开,等到风景看透,心中相信,这世界上总有一个人是你所等的,只是还没有遇到而已。

  设备模型拍得再玄幻,它也只是个模型,必须得落实在具体的子系统,否则就只能抱着个非常好的技术奖空遗恨。既然前面已经以USB子系统的实现分析示例了分析内核源码应该如何入手,那么这里就仍然以USB子系统为例,看看设备模型是如何软着陆的。

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