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外观

一、回顾 ​

在前面的章节中，我们学习了如何编写一个字符设备驱动，比如 05_char_device/mychardev.c，大致流程是这样的：

c
static int __init mychardev_init(void)
{
    // 1. 申请设备号
    alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, DEV_NAME);

    // 2. 初始化并注册 cdev
    cdev_init(&cdev_test, &cdev_fops_test);
    cdev_add(&cdev_test, dev_num, 1);

    // 3. 创建设备类和设备节点
    class_test = class_create(THIS_MODULE, CLASS_NAME);
    device_create(class_test, NULL, dev_num, NULL, DEV_NAME);

    return 0;
}

这段代码能跑，但有一个致命问题：

硬件信息和驱动逻辑混在一起了！

比如，如果我们要操作 GPIO、I2C、SPI 等硬件，我们需要在驱动里写死寄存器地址、中断号等信息：

c
#define GPIO_BASE_ADDR  0x12340000  // 硬件地址写死
#define IRQ_NUM         56          // 中断号写死

问题来了：

  • 如果换一个芯片，GPIO 地址变了，需要去修改驱动代码。
  • 如果想在不重新编译驱动的情况下修改硬件参数，无法做到。

这显然不符合 Linux 内核"驱动与硬件信息分离"的设计哲学。

二、总线-设备-驱动模型 ​

Linux 内核为了解决上述问题，设计了一套总线模型（Bus-Device-Driver Model）：

设备（Device）：描述硬件资源

  • "我是一个 GPIO 控制器"
  • "我的寄存器基地址是 0x12340000"
  • "我的中断号是 56"

驱动（Driver）：实现硬件操作逻辑

  • "我能控制 GPIO 设备"
  • "只要告诉我地址和中断号，我就能工作"

总线（Bus）：负责匹配设备和驱动

  • "compatible 字符串一样，匹配成功！"
  • "驱动，这是你要的设备，去工作吧！"

三、什么是Platform总线 ​

Linux 内核中有很多种总线类型：

总线类型对应硬件
i2c_bus_typeI2C 总线设备
spi_bus_typeSPI 总线设备
usb_bus_typeUSB 总线设备
platform_bus_type伪总线（Platform 总线）

Platform 总线是一种"伪总线"，它不是真实的物理总线（不像 I2C、SPI 那样有具体的硬件总线协议），而是 Linux 内核虚拟出来的一种总线，专门用于管理那些无法归类到其他总线的设备。

哪些设备会用到 Platform 总线？

几乎所有直接挂在 SoC 芯片上的片内外设都使用 Platform 总线：

  • GPIO 控制器
  • UART 串口控制器
  • RTC 实时时钟
  • Watchdog 看门狗
  • ADC/DAC 模数转换器
  • PWM 脉宽调制器
  • DMA 控制器

为什么它们用 Platform 总线？

因为它们没有真实的总线连接，直接通过 内存映射寄存器（Memory-Mapped I/O） 访问，不需要复杂的总线协议。

四、Platform总线的工作流程 ​

1、设备树定义节点 ​

需要在设备树文件中编写描述硬件的信息：

c
/ {
    mychardev@0 {
        compatible = "lckfb,mychardev";  // 厂商名,设备名
        reg = <0x12340000 0x1000>;       // 寄存器地址范围
        interrupts = <56>;               // 中断号
        dev-id = <0xFFA8>;               // 设备ID
        status = "okay";                 // 设备状态
    };
};

2、解析设备树 ​

这一步是内核自动完成的，我们不需要写任何代码！

内核启动时，会自动将设备树中的节点转换为 struct platform_device 结构体，并注册到 Platform 总线上：

  1. 读取设备树文件（.dtb）
  2. 解析设备树中的每一个节点
  3. 自动为每个节点创建对应的 struct platform_device 结构体
  4. 自动调用 platform_device_register() 注册到 Platform 总线
c
// 内核会根据设备树自动创建这个结构体
struct platform_device my_pdev = {
    .name = "mychardev",
    .id = 0,
    .resource = {
        // 内核把设备树中的 reg = <0x12340000 0x1000> 转换成这个
        {
            .start = 0x12340000,           // 寄存器起始地址
            .end   = 0x12340FFF,           // 寄存器结束地址（0x12340000 + 0x1000 - 1）
            .flags = IORESOURCE_MEM,       // 资源类型：内存
        },
        // 内核把设备树中的 interrupts = <56> 转换成这个
        {
            .start = 56,                   // 中断号
            .flags = IORESOURCE_IRQ,       // 资源类型：中断
        },
    },
    // 设备树中的 dev-id = <0xFFA8> 也会被保存，可以通过 of_property_read_u32() 读取
};

// 内核会自动调用这个函数把设备注册到 Platform 总线上
platform_device_register(&my_pdev);

内核帮我们做了：

  • 把 reg = <0x12340000 0x1000> 转换成内存资源（IORESOURCE_MEM）
  • 把 interrupts = <56> 转换成中断资源（IORESOURCE_IRQ）
  • 把 dev-id = <0xFFA8> 保存为设备树属性，驱动可以读取

3、驱动注册时与设备匹配 ​

我们编写的 Platform 驱动 会向内核注册：

下面的代码是我们在驱动里需要编写的！

c
static struct platform_driver my_driver = {
    .probe = my_probe,      // 设备匹配成功后调用的函数
    .remove = my_remove,    // 设备移除时调用的函数
    .driver = {
        .name = "mychardev",  // 驱动名称
        .of_match_table = of_match_ptr(my_of_match),  // 设备树匹配表
    },
};

// 定义匹配表
static const struct of_device_id my_of_match[] = {
    { .compatible = "lckfb,mychardev" },  // 匹配设备树中 compatible = "lckfb,mychardev" 的节点
    { /* 结束符，必须有 */ }
};

// 注册驱动到内核
module_platform_driver(my_driver);

4、总线匹配并调用probe ​

当内核发现：

  • 设备的 compatible = "lckfb,mychardev"（设备树来的参数）**
  • 驱动的 of_match_table 中也有 "lckfb,mychardev" （驱动程序来的参数）**

Platform 总线就会：

  1. 调用驱动的 probe() 函数
  2. 把匹配到的 platform_device 指针传递给 probe()
  3. 驱动在 probe() 中获取硬件资源并初始化设备

五、我们需要编写的框架 ​

我们需要做以下的事情

  1. 定义匹配表（匹配设备树中的compatible字段，如果匹配成功则调用该驱动）
c
static const struct of_device_id my_of_match[] = {
    { .compatible = "lckfb,mychardev" },  // 必须和设备树中的 compatible 完全一致！
    { /* 结束符 */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_of_match);  // 将匹配表导出给内核
  1. 实现 probe 函数（设备匹配成功后会自动调用）
c
static int my_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    u32 dev_id;
    int irq;

    // 从 platform_device 中获取寄存器地址资源
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    if (!res) {
        return -ENODEV;
    }

    // 从 platform_device 中获取中断号
    irq = platform_get_irq(pdev, 0);
    if (irq < 0) {
        return irq;
    }

    // 从设备树中读取自定义属性 dev-id
    if (of_property_read_u32(pdev->dev.of_node, "dev-id", &dev_id)) {
        return -EINVAL;
    }

    // 申请字符设备号.......
    // 初始化 cdev.......
    // 创建设备节点.......
    // ioremap 映射寄存器地址.......
    // 注册中断处理函数.......

    return 0;
}

关键函数说明：

  • 使用 platform_get_resource() 获取寄存器地址
  • 使用 platform_get_irq() 获取中断号
  • 使用 of_property_read_u32() 读取自定义属性
  1. 实现 remove 函数（设备移除或驱动卸载时调用）
c
static int my_remove(struct platform_device *pdev)
{
    // 释放资源：
    // 1. 注销字符设备
    // 2. 释放中断
    // 3. iounmap 取消地址映射

    return 0;
}
  1. 定义 platform_driver 结构体
c
static struct platform_driver my_driver = {
    .probe  = my_probe,                 // 匹配成功后调用
    .remove = my_remove,                // 移除时调用
    .driver = {
        .name           = "mychardev",  // 驱动名称
        .of_match_table = my_of_match,  // 指定匹配表
    },
};
  1. 注册驱动（自动实现 init 和 exit）
c
module_platform_driver(my_driver);

六、为什么要用Platform驱动 ​

相比传统的字符设备驱动，Platform 驱动：

传统字符设备驱动Platform 驱动
硬件信息写死在驱动代码里在设备树中描述
代码复用性差（地址变了要改代码）强（只需改设备树）
多设备支持需要复制粘贴代码一个驱动自动支持多设备
初始化函数module_init()probe()（自动调用）
设备匹配无Platform 总线自动匹配
获取硬件资源手动定义宏platform_get_resource()
标准性不规范Linux 内核标准做法

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