Linux中总线、设备、驱动是如何关联的？

作者：武汉华嵌技术部

 

对于Linux驱动开发来说，设备模型的理解是根本，顾名思义设备模型是关于设备的模型，设备的概念就是总线和与其相连的各种设备了。

电脑城的IT 工作者都会知道设备是通过总线连到计算机上的，而且还需要对应的驱动才能用，可是总线是如何发现设备的，设备又是如何和驱动对应起来的？

总线、设备、驱动，也就是bus、device、driver，在内核里都会有它们自己专属的结构，在include/linux/device.h 里定义。

首先是总线，bus_type.
struct bus_type {
const char  * name;
struct subsystem subsys;//代表自身
struct kset  drivers;   //当前总线的设备驱动集合
struct kset  devices; //所有设备集合
struct klist  klist_devices;
struct klist  klist_drivers;
struct bus_attribute * bus_attrs;//总线属性
struct device_attribute * dev_attrs;//设备属性
struct driver_attribute * drv_attrs;
int  (*match)(struct device * dev, struct device_driver * drv);//设备驱动匹配函数
int  (*uevent)(struct device *dev, char **envp,   
      int num_envp, char *buffer, int buffer_size);//热拔插事件
int  (*probe)(struct device * dev);
int  (*remove)(struct device * dev);
void  (*shutdown)(struct device * dev);
int  (*suspend)(struct device * dev, pm_message_t state);
int  (*resume)(struct device * dev);
};

下面是设备device的定义：

struct device {
struct device  * parent; //父设备，一般一个bus也对应一个设备。
struct kobject kobj;//代表自身
char bus_id[BUS_ID_SIZE]; 
struct bus_type * bus;  /* 所属的总线 */
struct device_driver *driver; /* 匹配的驱动*/
void  *driver_data; /* data private to the driver 指向驱动 */
void  *platform_data; /* Platform specific data，由驱动定义并使用*/
///更多字段忽略了
};
下面是设备驱动定义：
struct device_driver {
const char  * name;
struct bus_type  * bus;//所属总线
struct completion unloaded;
struct kobject  kobj;//代表自身
struct klist  klist_devices;//设备列表
struct klist_node knode_bus;
struct module  * owner;
int (*probe) (struct device * dev);
int (*remove) (struct device * dev);
void (*shutdown) (struct device * dev);
int (*suspend) (struct device * dev, pm_message_t state);
int (*resume) (struct device * dev);
};

 

我们会发现，structbus_type中有成员structksetdrivers 和structksetdevices，同时structdevice中有两个成员struct bus_type * bus和struct device_driver *driver ， structdevice_driver中有两个成员structbus_type*bus和structklistklist_devices。structdevice中的bus表示这个设备连到哪个总线上，driver表示这个设备的驱动是什么，structdevice_driver中的bus表示这个驱动属于哪个总线，klist_devices表示这个驱动都支持哪些设备，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一个驱动。当然，structbus_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。

还有上面device 和driver结构里出现的kobject 结构是什么？kobject 和kset 都是Linux 设备模型中最基本的元素。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。

那么总线、设备和驱动之间是如何关联的呢？

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structdevice 的变量，每一次有一个驱动程序，就要准备一个tructdevice_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。

设备和驱动又是如何联系？

原来是把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structdevice 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，structdevice 中的structdevice_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structdevice 中的structdevice_driverdriver 指向这个驱动，而struct device_driver driver 把struct device 加入他的那structklist klist_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。

但现在情况变了，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。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structdevice 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struct device_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device_bind_driver 绑定好。如果找不到，没有关系，等待吧！