Linux platform驱动架构的解析与应用

赵 波，高 真 香 子，项 伯 阳，于 忠 得

(1.大连工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 大连 116034；2.大连交通大学 电气信息学院，辽宁 大连 116028)

0 引 言

为统一管理Linux中的所有设备，Linux开发了设备模型。Linux设备模型可描述为：总线—设备—驱动程序编程接口，内核设备支持被清晰地结构化为总线、设备和驱动程序[1]。platform驱动架构是Linux设备模型中的重要组成部分，用于片上系统的外围设备控制器驱动的实现。随着片上系统(SOC)的集成度越来越高，越来越多的外围设备控制器被集成进SOC，现有的驱动程序已无法满足使用需求，研究platform驱动架构有利于这些设备驱动的改写、维护与扩展，本文实现了基于platform驱动架构的LCD驱动。

1 platform驱动架构

Linux设备模型，实质上就是系统地管理Linux中所有设备，将设备间的层次关系抽象出来。内核设备驱动模型按层次可划分为总线、设备、驱动三层架构，其基本关系可简要概括为[2]：

(1)驱动核心可以注册多种类型的总线；

(2)每种总线下面可以挂载许多设备(通过kset devices)；

(3)每种总线下可以使用多种设备驱动(通过包含一个kset drivers)；

(4)每个驱动可以处理一组设备。

平台设备(platform)驱动架构的实现，是在Linux设备模型的基础上，通过对总线、设备、驱动3个概念的再定义而实现的[3]，在Linux内核中，这3个概念通过platform总线、platform＿device(platform设备)、platform＿driver(platform驱动)3个部分实现。

1.1 platform总线

Linux操作系统中，platform总线负责将platform驱动架构注册进系统内核，在内核识别platform总线之后，才能进行platform设备、platform驱动的识别与自动匹配，所以，platform总线应该在系统上电后自动启动。platform总线的生成与注册过程如图1所示。

图1 platform总线的生成与注册过程Fig.1 Platform bus formation and registration process

在系统上电后，Linux内核会自动运行／init／main.c程序，完成一些基本启动配置，然后调用／drivers／base／init.c文件中的driver＿init()函数，进行内核驱动机制初始化，其中就会通过调用／drivers／base／platform.c文件的 device＿register()函数，将platform总线与platform驱动架构注册进Linux内核。其中，platform总线作为设备的一种，通过platform＿bus结构体表示；platform驱动架构通过platform＿bus＿type结构体来实现，这两个结构体均在platform.c中被定义为全局对象。

1.2 platform设备

platform设备主要包括LCD、串口等可以被CPU总线直接寻址的集成于片上系统(SOC)的外围设备控制器等[4]。Linux内核中，platform设备通过platform＿device结构体实现，代码路径：／include／linux／platform＿device.h，具体定义如下：

其中，设备名称name是platform设备与platform驱动自动匹配的关键，只有name值相同时，platform设备与platform驱动才能匹配上。

Linux系统中，通过结构体的互相包含方式，实现了面向对象思想的继承。在platform设备结构体中，就包含了struct device结构体，实现了对Linux中设备概念(struct device)的继承。在struct device dev中dev－＞platform＿data与dev－＞driver＿data是两个void型变量，可用于存储具体设备的硬件信息、驱动信息等，如LCD的分辨率、刷新率等，可定义一个FS2410＿fb＿mach＿info结构，记录LCD的硬件信息(屏幕尺寸、屏幕信息、LCD配置寄存器)等，并将该结构体赋值给platform＿device中的dev－＞platform＿data。

＊resource是具体设备的资源，如中断号IRQ、地址资源等。通过platform＿device＿register()可以自动将platform＿device结构体(硬件配置信息)注册进内核空间。

platform设备必须在platform驱动之前注册入内核空间，否则无法自动匹配。

1.3 platform驱动

platform驱动完全遵照设备驱动模型的约定[3]，通过platform＿driver＿register()函数完成platform＿driver的注册，platform驱动的封装结构体为 platform＿driver，代码路径为：／include／linux／platform＿device.h，具体定义如下：struct device＿driver driver，实现了对 device＿driver的继承，为具体的platform驱动提供了统一内核接口；同时，提供了(＊suspend)、(＊resume)等函数指针，可用于休眠、唤醒等智能电源管理功能。在具体应用中，只需驱动开发人员实现设备底层功能函数，同时将功能函数填充platform＿driver结构体的接口中，就可以由Linux内核自动进行platform驱动的管理，大大减轻了工作难度与强度。

对于platform＿driver的注册，可以通过调用platform＿driver＿register(＆platform＿driver)来实现，其主要涉及的数据流程参见图2。

图2 注册platform驱动的内核数据流程Fig.2 Kernel data flow of Platform driver register

在platform驱动的注册过程中，会在＿driver＿attach()中通过调用driver＿match＿device(drv，dev)来匹配platform设备中name与platform驱动中的name值，如果相同，platform设备与platform驱动就绑定成功，底层的设备就可以正常地运行。

2 采用platform驱动架构的LCD驱动实现

本研究以优龙FS2410开发板为硬件平台，Linux 2.6.31为内核版本，外接8寸夏普LCD显示屏，采用Platform驱动架构的LCD驱动实现。在FS2410中，LCDC(LCD控制器)是集成于SOC的外围设备控制器，被CPU总线直接寻址，按照platform驱动架构的一般步骤，有四个环节：定义platform 设备(platform＿device)、注册platform设备、定义platform驱动(platform＿driver)、注册platform驱动，同时必须保证platform设备在platform驱动之前注册进内核空间。

2.1 定义platform设备

代码路径：／arch／arm／plat－s3c24xx／Devs.c。

在Devs.c统一定义了S3C24xx架构的platform＿device，在这个文件里，可定义

在同文件的如下程序中定义了Lcdc所持有的资源(CPU寻址地址、IRQ中断号)。

同时，定义一个FS2410fb＿mach＿info结构体，记录LCD的屏幕信息、分辨率、LCD配置寄存器等信息，并填充到platform＿device的dev－＞platform＿data中，供内核空间调用。

2.2 注册platform设备

代码路径：／arch／arm／mach－s3c2410／mach＿smdk2410.c。

在 mach－smdk2410.c中，通过platform＿add＿devices(smdk2410＿devices，…)将 smdk2410＿devices注册进内核空间，其中smdk2410＿devices[]＝｛＆s3c＿device＿usb，＆s3c＿device＿lcd，…｝，即所有2410平台的platform设备，都被装填入smdk2410＿devics[]这个数组，在platform＿add＿devices()中统一注册进内核空间。

2.3 定义platform驱动

代码路径：／drivers／video／s3c2410fb.c。

在s3c2410fb.c对platform＿driver进行了定义：

在此结构体中，具体填充了probe驱动探测函数，suspend、resume电源管理函数，对于驱动开发人员，不需关心内核对它的调用，只需关心具体功能函数的实现，并填充到标准接口即可。在.driver中.name＝”FS2410－lcd”，这个值需要与platform＿device中的name完全一致。在suspend、resume部分，实行了Linux电源管理，在具体驱动开发中，可以在此处实现智能节电措施，可以采用如安卓操作系统(Android)中的唤醒锁(wakelock)等机制。

S3c2410fb＿probe()的调用实现，是在将platform驱动注册进内核空间，并和内核已维护的platform＿device链表中的name相匹配后。其具体实现流程：

2.4 注册platform驱动

在／drivers／video／s3c2410fb.c中通过调用platform＿driver＿register()实现了platform＿driver的注册，具体实现如下：platform＿driver＿register(＆s3c2410fb＿driver)。

2.5 移植验证

采用platform驱动架构，移植LCD驱动，修改相应 Makefile、Kconfig[5]，编译内核，并通过USB下载到FS2410开发板后，串口打印显示LCD驱动加载成功。图3为在移植后的8寸夏普LCD屏上运行QT／E应用程序，显示结果清晰、稳定，无撕裂现象。

图3 移植实验结果Fig.3 Porting experiment results

3 结束语

采用platform驱动架构，具有框架代码复用、设备资源与驱动独立性强、代码精简、具有统一内核接口、易于维护与扩展等特点。在开发具体驱动时，只需专注完成底层设备操作函数集，并与platform＿driver结构体提供的内核接口一一对应，保证device.name与driver.name相一致，platform设备在platform驱动之前注册进内核空间，就可以使驱动良好、稳定地运行，大大减轻了工作强度，压缩新产品的研发时间。移植试验证明，采用该架构的驱动具有很好的移植性、可维护性、扩展性。

[1]VENKATESWARAN S.Essential Linux Device Drivers[M].Boston：Prentice Hall，2008：71－77.

[2]CORBET J，RUBINI A，HARTMAN G K.Linux设备驱动程序[M].3版.魏永明，译.北京：中国电力出版社，2006：359－388.

[3]韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2008：476－490.

[4]宫莉莉，赵勇.基于嵌入式Linux系统的LCD驱动实现[J].微计算机信息，2008，24(35)：1－3.

[5]苏哲欣，刘鸿飞，薛晓.基于嵌入式Linux的LCD驱动分析与实现[J].工业控制计算机，2009，22(2)：29－30.