Linux platform驅動架構的解析與應用

趙 波，高 真 香 子，項 伯 陽，于 忠 得

(1.大連工業大學 信息科學與工程學院，遼寧 大連 116034；2.大連交通大學 電氣信息學院，遼寧 大連 116028)

0 引 言

為統一管理Linux中的所有設備，Linux開發了設備模型。Linux設備模型可描述為：總線—設備—驅動程序編程接口，內核設備支持被清晰地結構化為總線、設備和驅動程序[1]。platform驅動架構是Linux設備模型中的重要組成部分，用于片上系統的外圍設備控制器驅動的實現。隨著片上系統(SOC)的集成度越來越高，越來越多的外圍設備控制器被集成進SOC，現有的驅動程序已無法滿足使用需求，研究platform驅動架構有利于這些設備驅動的改寫、維護與擴展，本文實現了基于platform驅動架構的LCD驅動。

1 platform驅動架構

Linux設備模型，實質上就是系統地管理Linux中所有設備，將設備間的層次關系抽象出來。內核設備驅動模型按層次可劃分為總線、設備、驅動三層架構，其基本關系可簡要概括為[2]：

(1)驅動核心可以注冊多種類型的總線；

(2)每種總線下面可以掛載許多設備(通過kset devices)；

(3)每種總線下可以使用多種設備驅動(通過包含一個kset drivers)；

(4)每個驅動可以處理一組設備。

平臺設備(platform)驅動架構的實現，是在Linux設備模型的基礎上，通過對總線、設備、驅動3個概念的再定義而實現的[3]，在Linux內核中，這3個概念通過platform總線、platform＿device(platform設備)、platform＿driver(platform驅動)3個部分實現。

1.1 platform總線

Linux操作系統中，platform總線負責將platform驅動架構注冊進系統內核，在內核識別platform總線之后，才能進行platform設備、platform驅動的識別與自動匹配，所以，platform總線應該在系統上電后自動啟動。platform總線的生成與注冊過程如圖1所示。

圖1 platform總線的生成與注冊過程Fig.1 Platform bus formation and registration process

在系統上電后，Linux內核會自動運行／init／main.c程序，完成一些基本啟動配置，然后調用／drivers／base／init.c文件中的driver＿init()函數，進行內核驅動機制初始化，其中就會通過調用／drivers／base／platform.c文件的 device＿register()函數，將platform總線與platform驅動架構注冊進Linux內核。其中，platform總線作為設備的一種，通過platform＿bus結構體表示；platform驅動架構通過platform＿bus＿type結構體來實現，這兩個結構體均在platform.c中被定義為全局對象。

1.2 platform設備

platform設備主要包括LCD、串口等可以被CPU總線直接尋址的集成于片上系統(SOC)的外圍設備控制器等[4]。Linux內核中，platform設備通過platform＿device結構體實現，代碼路徑：／include／linux／platform＿device.h，具體定義如下：

其中，設備名稱name是platform設備與platform驅動自動匹配的關鍵，只有name值相同時，platform設備與platform驅動才能匹配上。

Linux系統中，通過結構體的互相包含方式，實現了面向對象思想的繼承。在platform設備結構體中，就包含了struct device結構體，實現了對Linux中設備概念(struct device)的繼承。在struct device dev中dev－＞platform＿data與dev－＞driver＿data是兩個void型變量，可用于存儲具體設備的硬件信息、驅動信息等，如LCD的分辨率、刷新率等，可定義一個FS2410＿fb＿mach＿info結構，記錄LCD的硬件信息(屏幕尺寸、屏幕信息、LCD配置寄存器)等，并將該結構體賦值給platform＿device中的dev－＞platform＿data。

＊resource是具體設備的資源，如中斷號IRQ、地址資源等。通過platform＿device＿register()可以自動將platform＿device結構體(硬件配置信息)注冊進內核空間。

platform設備必須在platform驅動之前注冊入內核空間，否則無法自動匹配。

1.3 platform驅動

platform驅動完全遵照設備驅動模型的約定[3]，通過platform＿driver＿register()函數完成platform＿driver的注冊，platform驅動的封裝結構體為 platform＿driver，代碼路徑為：／include／linux／platform＿device.h，具體定義如下：struct device＿driver driver，實現了對 device＿driver的繼承，為具體的platform驅動提供了統一內核接口；同時，提供了(＊suspend)、(＊resume)等函數指針，可用于休眠、喚醒等智能電源管理功能。在具體應用中，只需驅動開發人員實現設備底層功能函數，同時將功能函數填充platform＿driver結構體的接口中，就可以由Linux內核自動進行platform驅動的管理，大大減輕了工作難度與強度。

對于platform＿driver的注冊，可以通過調用platform＿driver＿register(＆platform＿driver)來實現，其主要涉及的數據流程參見圖2。

圖2 注冊platform驅動的內核數據流程Fig.2 Kernel data flow of Platform driver register

在platform驅動的注冊過程中，會在＿driver＿attach()中通過調用driver＿match＿device(drv，dev)來匹配platform設備中name與platform驅動中的name值，如果相同，platform設備與platform驅動就綁定成功，底層的設備就可以正常地運行。

2 采用platform驅動架構的LCD驅動實現

本研究以優龍FS2410開發板為硬件平臺，Linux 2.6.31為內核版本，外接8寸夏普LCD顯示屏，采用Platform驅動架構的LCD驅動實現。在FS2410中，LCDC(LCD控制器)是集成于SOC的外圍設備控制器，被CPU總線直接尋址，按照platform驅動架構的一般步驟，有四個環節：定義platform 設備(platform＿device)、注冊platform設備、定義platform驅動(platform＿driver)、注冊platform驅動，同時必須保證platform設備在platform驅動之前注冊進內核空間。

2.1 定義platform設備

代碼路徑：／arch／arm／plat－s3c24xx／Devs.c。

在Devs.c統一定義了S3C24xx架構的platform＿device，在這個文件里，可定義

在同文件的如下程序中定義了Lcdc所持有的資源(CPU尋址地址、IRQ中斷號)。

同時，定義一個FS2410fb＿mach＿info結構體，記錄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，供內核空間調用。

2.2 注冊platform設備

代碼路徑：／arch／arm／mach－s3c2410／mach＿smdk2410.c。

在 mach－smdk2410.c中，通過platform＿add＿devices(smdk2410＿devices，…)將 smdk2410＿devices注冊進內核空間，其中smdk2410＿devices[]＝｛＆s3c＿device＿usb，＆s3c＿device＿lcd，…｝，即所有2410平臺的platform設備，都被裝填入smdk2410＿devics[]這個數組，在platform＿add＿devices()中統一注冊進內核空間。

2.3 定義platform驅動

代碼路徑：／drivers／video／s3c2410fb.c。

在s3c2410fb.c對platform＿driver進行了定義：

在此結構體中，具體填充了probe驅動探測函數，suspend、resume電源管理函數，對于驅動開發人員，不需關心內核對它的調用，只需關心具體功能函數的實現，并填充到標準接口即可。在.driver中.name＝”FS2410－lcd”，這個值需要與platform＿device中的name完全一致。在suspend、resume部分，實行了Linux電源管理，在具體驅動開發中，可以在此處實現智能節電措施，可以采用如安卓操作系統(Android)中的喚醒鎖(wakelock)等機制。

S3c2410fb＿probe()的調用實現，是在將platform驅動注冊進內核空間，并和內核已維護的platform＿device鏈表中的name相匹配后。其具體實現流程：

2.4 注冊platform驅動

在／drivers／video／s3c2410fb.c中通過調用platform＿driver＿register()實現了platform＿driver的注冊，具體實現如下：platform＿driver＿register(＆s3c2410fb＿driver)。

2.5 移植驗證

采用platform驅動架構，移植LCD驅動，修改相應 Makefile、Kconfig[5]，編譯內核，并通過USB下載到FS2410開發板后，串口打印顯示LCD驅動加載成功。圖3為在移植后的8寸夏普LCD屏上運行QT／E應用程序，顯示結果清晰、穩定，無撕裂現象。

圖3 移植實驗結果Fig.3 Porting experiment results

3 結束語

采用platform驅動架構，具有框架代碼復用、設備資源與驅動獨立性強、代碼精簡、具有統一內核接口、易于維護與擴展等特點。在開發具體驅動時，只需專注完成底層設備操作函數集，并與platform＿driver結構體提供的內核接口一一對應，保證device.name與driver.name相一致，platform設備在platform驅動之前注冊進內核空間，就可以使驅動良好、穩定地運行，大大減輕了工作強度，壓縮新產品的研發時間。移植試驗證明，采用該架構的驅動具有很好的移植性、可維護性、擴展性。

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

[2]CORBET J，RUBINI A，HARTMAN G K.Linux設備驅動程序[M].3版.魏永明，譯.北京：中國電力出版社，2006：359－388.

[3]韋東山.嵌入式Linux應用開發完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2008：476－490.

[4]宮莉莉，趙勇.基于嵌入式Linux系統的LCD驅動實現[J].微計算機信息，2008，24(35)：1－3.

[5]蘇哲欣，劉鴻飛，薛曉.基于嵌入式Linux的LCD驅動分析與實現[J].工業控制計算機，2009，22(2)：29－30.