背 景
--By 鲁迅
--By 高尔基
说明:
Kernel版本:4.14
ARM64处理器,Contex-A53,双核
使用工具:Source Insight 3.5, Visio
1. 概述
今天来聊一下Linux设备模型的基石:。
文件系统提供了一种用户与内核数据结构进行交互的方式,可以通过来进行挂载;
Linux设备模型中,设备、驱动、总线组织成拓扑结构,通过文件系统以目录结构进行展示与管理;
Linux设备模型中,总线负责设备和驱动的匹配,设备与驱动都挂在某一个总线上,当它们进行注册时由总线负责去完成匹配,进而回调驱动的函数;
SoC系统中有, , 等实体总线用于外设的连接,而针对集成在SoC中的外设控制器,Linux内核提供一种虚拟总线用于这些外设控制器的连接,此外总线也可用于没有实体总线的外设;
在目录下,用于存放各类总线,其中总线中会存放挂载在该总线上的驱动和设备,比如,存放了系统中的设备信息,是针对不同的设备进行分类;
上边这些功能的实现,离不开机制的支撑,开始旅程吧。
2. 数据结构
2.1 kobject
代表内核对象,结构体本身不单独使用,而是嵌套在其他高层结构中,用于组织成拓扑关系;
文件系统中一个目录对应一个;
看看结构体吧:
2.2 kset
是包含多个的集合;
如果需要在的目录中包含多个子目录,那需要将它定义成一个;
结构体中包含字段,可以使用该字段链接到更上一层的结构,用于构建更复杂的拓扑结构;
中的设备组织结构很大程度上根据组织的,目录就是一个对象,在Linux设备模型中,注册设备或驱动时就将添加到对应的中;
2.3 ktype
用于表征的类型,指定了删除时要调用的函数,结构体中有字段用于对进行引用计数,当计数值为0时,就会调用中的函数对进行释放,这个就有点类似于C++中的智能指针了;
指定了通过显示或修改有关的信息时要处理的操作,实际是调用函数;
可以看一下创建的时候,与的关系,这样理解起来更顺:
在创建的时候,默认设置的值为,通常会嵌入在其他结构中来使用,因此它的初始化跟特定的结构相关,典型的比如和;
在文件系统中,通过的操作,最终会调用到函数,而这两个函数的具体实现可以放置到驱动程序中;
2.4 结构关系
为了更形象的说明这几个结构体的关系,再来一张图:
既是的集合,本身又是一个,进而可以添加到其他的集合中,从而就可以构建成复杂的拓扑结构,满足文件夹下的文件组织需求;
如果只看的数据结构组织,可能还是会迷惑,它怎么跟Linux的设备模型相关?这时就不得不提到Linux内核中一个很精妙的存在,它可以通过成员变量的地址来获取所在结构的地址信息。前文提到过结构本身不会单独使用,通常都是会嵌套在其他结构中,既然能组织成拓扑结构,那么包含它们的结构同样可以构建这个关系,因为可以通过就可以找到结构体的首地址。
结构体A、B、C、D、E同样可以构建拓扑结构关系;
和结构体中都包含了,而结构体中包含了结构,这个也就对应到前文提到的设备和驱动都添加到总线上,由总线来负责匹配;
3. 流程分析
的相关代码比较简单,毕竟它只是作为一个结构体嵌入其他high-level的结构中,充当纽带的作用。不过,我还是简单的上一张图吧:
完成的工作基本就是分配结构体,初始化各个结构体字段,构建拓扑关系(主要是添加到kset的list中,parent的指向等)等,看懂了结构体的组织,这部分的代码理解起来就很轻松了;
4. 示例
先上一个原理图:
4.1 代码
4.2 Makefile
没有太多好说的,注意的使用,否则容易出错;
4.3 测试结果
在/sys目录下创建了test_kobj文件夹,在该文件夹下除了和外,还有一个的子文件夹;
可以通过的操作,来操作和,分别会调用到底层的和函数;
对着代码看这个图,一目了然;
草草收场,洗洗睡了。
如果觉得对你有帮助,那就点个在看吧。
参考
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