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  简介
   
    2.6内核的设备模型提供一个对系统结构的一般性抽象描述，用以支持多种不同的任务
     
      电源管理和系统关机
      与用户空间通信
      热插拔设备
      设备类型
      对象生命周期
     
   
  kobject、kset和子系统
   
    kobject是组成设备模型的基本结构
     
      对象的引用计数
      sysfs表述
      数据结构关联
      热插拔事件处理
     
    kobject基础知识
     
      <linux/kobject.h>
      嵌入的kobject
      
        内核代码很少去创建一个单独的kobject对象，kobject用于控制对大型域相关对象的访问
      
      kobject的初始化
      
        首先将kobject设置为0，通常使用memset
        void kobject_init(struct kobject *kobj);
        int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, …);
        ktype、kset和parent
      
      对引用计数的操作
      
        struct kobject *kobjct_get(struct kobject *kobj);
        void kobject_put(struct kobject *kobj);
      
      release函数和kobject类型
      
        void my_object_readse(struct kobject *kobj)
         
          struct my_object *mine = container_of(kobj, struct my_object, kobj);
          kfree(mine);
         
        struct kobj_type
         
          void (*release) (struct kobject *);
          struct sysfs_ops *sysfs_ops;
          struct attribute **default_attrs;
         
        struct kobj_type *get_ktype(struct kobject *kobj);
      
     
    kobject层次结构、kset和子系统
     
      内核用kobject结构将各个对象连接起来组成一个分层的结构体系，有两种独立的机制用于连接：parent指针和kset
      在kobject结构的parent成员中，保存了另外一个kobject结构的指针，这个结构表示了分层结构中上一层的节点
      kset
      
        一个kset是嵌入相同类型结构的kobject的集合
        kset结构关心提对象的聚焦与集合
        可以认为kset是kobject的顶层容器类
        kset总是在sysfs中出现
        先把kobject的kset成员指向目的kset，然后使用下面函数添加kobject
        int kobject_add(struct kobject *kobj);
        extern int kobject_register(struct kobject *kobj);
         
          kobject_init和kobject_add的简单组合
         
        void kobject_del(struct kobject *kobj);
        kset在一个标准的内核链表中保存了它的子节点
      
      kset上的操作
      
        void kset_init(struct kset *kset);
        int kset_add(struct kset *kset);
        int kset_register(struct kset *kset);
        void kset_unregister(struct kset *kset);
      
      子系统
      
        子系统通常显示在sysfs分层结构中的顶层
        内核中的子系统
         
          block_subsys（对块设备来说是/sys/block）
          devices_subsys（/sys/devices，设备分层结构的核心）
          内核所知晓的用于各种总线的特定子系统
          decl_subsys(name, struct kobj_type *type, struct kset_hotplug_ops *hotplug_ops);
          void subsysstem_init(struct subsystem *subsys);
          int subsystem_register(struct subsystem *subsys);
          void subsystem_unregister(struct subsystem *subsys);
          struct subsystem *subsys_get(struct subsystem *subsys);
          void subsys_put(struct subsystem *subsys);
         
      
     
   

  

  低层sysfs操作
   
    kobject是隐藏在sysfs虚拟文件系统后的机制，对于sysfs中的每个目录，内核中都会存在一个对应的kobject
    <linux/sysfs.h>
    sysfs入口
     
      kobject在sysfs中的入口始终是一个目录
      分配阀给kobject的名字是sysfs中的目录名
      sysfs入口在目录中的位置对应于kobject的parent指针
     
    默认属性
     
      kobject默认属性保存在kobj_type结构中
      default_attrs成员保存了属性列表
      sysfs_ops提供了实现这些属性的方法
      struct attribute
      
        char *name
        struct module *owner
        mode_t mode
         
          只读：S_IRUGO
          可写：S_IWUSR
          <linux/stat.h>
         
      
      struct sysfs_ops
      
        ssize_t (*show) (struct kobject * kobj, struct attribute *attr, char *buffer);
        ssize_t (*store) (struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buffer, size_t size);
      
     
    非默认属性
     
      int sysfs_create_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
      int sysfs_remove_file(struct kobject *kobj, struct attribute *attr);
     
    二进制属性
     
      struct bin_attribute
      
        struct attribute attr;
        size_t size;
        ssize_t (*read) (struct kobject *kobj, char *buffer, loff_t pos, size_t size);
        ssize_t (*write) (struct kobject *kobj, char *buffer, loff_t pos, size_t size);
      
      int sysfs_create_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr);
      int sysfs_remove_bin_file(struct kobject *kobj, struct bin_attribute *attr);
     
    符号链接
     
      int sysfs_create_link(struct kobject *kobj, struct kobject *target, char *name);
      void sysfs_remove_link(struct kobject *kobj, char *name);
     
   
  热插拔事件的产生
   
    一个热插拔事件是从内核空间发送到用户空间的通知，它表明系统配置出现了变化
    无论kobject被创建还是被删除，都会产生这种事件
    热插拔操作
     
      struct kset_hotplug_ops
      
        int (*filter) (struct kset *kset, struct kobject *kobj);
        char * (*name) (struct kset *kset, struct kobject *kobj);
        int (*hotplug) (struct kset *kset, struct kobject *kobj, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
      
      当内核要为指定的kobject产生事件时，都要调用filter函数，如果返回0，将不产生事件
     
   
  总线、设备和驱动程序
   
    总线
     
      总线是处理器与一个或者多个设备之间的通道
      <linux/device.h>
      
        struct bus_type
         
          char *name;
          struct subsystem subsys;
          struct kset drivers;
          struct kset devices;
          int (*match) (struct device *dev, struct device_driver *drv);
          struct device *(*add) (struct device *parent, char *bus_id);
          int (*hotplug) (struct device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
         
      
      每个总线都有自己的子系统
      一个总线包含两个kset，分别代表了总线的驱动程序和插入总线的所有设备
      总线的注册
      
        example
         
          struct bus_type ldd_bus_type = {.name=”ldd”, .match=ldd_match, .hotplug=ldd_hotplug,};
          ret = bus_register(&ldd_bus_type);
          if (res) return ret;
         
        void bus_unregister(struct bus_type *bus);
      
      总线方法
      
        当一个总线上的新设备或者新驱动程序被添加时，会一次或多次调用match函数
        在为用户空间产生热插拔事件前，hotplug方法允许总线添加环境变量
        在调用真实的硬件时，match函数通常对设备提供的硬件ID和驱动所支持的ID做某种类型的比较
      
      对设备和驱动程序的迭代
      
        int bus_for_each_dev(struct bus_type *bus, struct device *start, void *data, int (*fn) (struct device *, void *));
        int bus_for_each_drv(struct bus_type *bus, struct device_driver *start, void *data, int (*fn)(struct device_driver *, void *));
      
      总线属性
      
        <linux/device.h>
         
          struct bus_attribute
           
            struct attribute attr;
            ssize_t (*show) (struct bus_type *bus, char *buf);
            ssize_t (*store) (struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);
           
         
        BUS_ATTR(name, mode, show, store);
        int bus_create_file(struct bus_type *bus, struct bus_attribute *attr);
        void bus_remove_file(struct bus_tyep *bus, struct bus_attribute *attr);
      
     
    设备
     
      struct device
      
        struct device *parent;
        struct kobject kobj;
        char bus_id[BUS_ID_SIZE];
        struct bus_type *bus;
        struct device_driver *driver;
        void *driver_data
        void (*release) (struct device *dev);
      
      设备注册
      
        int device_register(struct device *dev);
        void device_unregister(struct device *dev);
      
      设备属性
      
        struct device_attribute
         
          struct attribute attr;
          ssize_t (*show) (struct device *dev, char *buf);
          ssize_t (*store) (struct device *dev, const char *buf, size_t count);
         
        DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
        int device_create_file(struct device *device, struct device_attribute *entry);
        void device_remove_file(struct device *dev, struct device_attribute *attr);
      
      设备结构的嵌入
      
        device结构中包含了设备模型核心用来模拟系统的信息
        通常，底层驱动程序并不知道device结构
      
     
    设备驱动程序
     
      struct device_driver
      
        char *name;
        struct bus_type *bus;
        struct kobject kobj;
        struct list_head devices;
        int (*probe) (struct device *dev);
        int (*remove) (struct device *dev);
        void (*shutdown) (struct device *dev);
      
      probe是用来查询特定设备是否存在的函数
      当设备从系统中删除的时候要调用remove函数
      在关机的时候调用shutdown函数关闭设备
      int driver_register(struct device_driver *drv);
      void driver_unregister(struct device_driver *drv);
      struct driver_attribute
      
        struct attribute attr;
        ssize_t (*show) (struct device_driver *drv, char *buf);
        ssize_t (*store) (struct device_driver *drv, const char *buf, size_t count);
      
      int driver_create_file(struct device_driver *drv, struct driver_attribute *attr);
      void driver_remove_file(struct device_driver *drv, struct driver_attribute *attr);
      驱动程序结构的嵌入
      
        device_driver结构通常被包含在高层和总结相关的结构中
      
     
   
  类
   
    类是一个设备的高层视图，它抽象出了低层的实现细节
    几乎所有类都显示在/sys/class目录中
     
      /sys/class/net
      /sys/class/input
      /sys/class/tty
      /sys/block
     
    class_simple接口
     
      创建类本身
      
        struct class_simple *class_simple_create(struct module *owner, char *name);
      
      销毁一个简单类
      
        void class_simple_destroy(struct class_simple *cs);
      
      为一个简单类添加设备
      
        struct class_device *class_simple_device_add(struct class_simple *cs, dev_t devnum, struct device *device, const char *fmt, …);
      
      int class_simple_set_hotplug(struct class_simple *cs, int (*hotplug) (struct class_device *dev, char **envp, int num_envp, crah *buffer, int buffer_size));
      void class_simple_device_remove(dev_t dev);
     
    完整的类接口
     
      管理类
      
        struct class
         
          char *name;
          struct class_attribute *class_attrs;
          struct class_device_attribute *class_dev_attrs;
          int (*hotplug) (struct class_device *dev, char **envp, int num_envp, char *buffer, int buffer_size);
          void (*release) (struct class_device *dev);
          void (*class_release) (struct class *class);
         
        int class_register(struct class *cls);
        void class_unregister(struct class *cls);
        struct class_attribute
         
          struct attribute attr;
          ssize_t (*show) (struct class *cls, char *buf);
          ssize (*store) (struct class *cls, const char *buf, size_t count);
         
        CLASS_ATTR(name, mode, show, store);
        int class_create_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);
        void class_remove_file(struct class *cls, const struct class_attribute *attr);
      
      类设备
      
        strict class_device
         
          struct kobject kobj;
          struct class *class;
          struct device *dev;
          void *class_data;
          char class_id[BUS_ID_SIZE];
         
        int class_device_register(struct class_device *cd);
        void class_device_unregister(struct class_device *cd);
        int class_device_renmae(struct class_device *cd, char *new_name);
        struct class_device_attribute
         
          struct attribute attr;
          ssize_t (*show) (struct class_device *cls, char *buf);
          ssize_t (*store) (struct class_device *cls, const char *buf, size_t count);
         
        CLASS_DEVICE_ATTR(name, mode, show, store);
        int class_deivce_create_file(struct class_device *cls, const struct class_device_attribute *attr);
        void class_device_remove_file(struct class_device *cls, const struct class_device_attribute *attr);
      
      类接口
      
        struct class_interface
         
          struct class *class;
          int (*add) (struct class_device *cd);
          void (*remove) (struct class_device *cd);
         
        int class_interface_register(struct class_interface *intf);
        void class_interface_unregister(struct class_interface *intf);
      
     
   
  各环节的整合
   
    添加一个设备
     
      PCI子系统声明了一个bus_type结构，称为pci_bus_type
      
        struct bus_type pci_bus_type
         
          .name = “pci”,
          .match = pci_bus_match,
          .hotplug = pci_hotplug,
          .suspend = pci_device_suspend,
          .resume = pci_device_resume,
          .dev_attrs = pci_dev_attrs,
         
      
      注册后，将会创建一个sysfs目录/sys/bus/pci，其中包含了两个目录：devices和drivers
      所有的PCI驱动程序都必须定义一个pci_driver结构变量，这个结构中包含了一个device_driver结构，在注册PCI驱动程序时，这个结构将被初始化
      
        drv->driver.name = drv->name;
        drv->driver.bus = &pci_bus_type;
        drv->driver.probe = pci_device_probe;
        drv->driver.remove = pci_device_remove;
        drv->driver.kobj.ktype = &pci_deiver_kobj_type;
        error = driver_register(&drv->driver);
      
      当一个PCI设备被找到时，PCI核心在内存中创建一个pci_dev类型的结构变量
      
        struct pci_dev
         
          unsigned int devfn;
          unsigned short vendor;
          unsigned short device;
          unsigned short subsystem_vendor;
          unsigned short subsystem_device;
          unsigned int class;
          struct pci_driver *driver;
          struct device dev;
         
        初始化时，device结构变量的parent变量被设置为PCI设备所在的总线设备
      
      device_register(&dev->dev);
      device_register函数中，驱动程序核心向kobject核心注册设备的kobject
      接着设备将被添加到与总线相关的所有设备链表中，遍历这个链表，并且为每个驱动程序调用该总线的match函数，同时指定该设备
      如果匹配工作圆满完成，函数向驱动程序核心返回1，驱动程序核心将device结构中的driver指针指向这个驱动程序，然后调用device_driver结构中指定的probe函数
     
    删除设备
     
      调用pci_remove_bus_device函数
      该函数做些PCI相关的清理工作，然后使用指向pci_dev中的device结构的指针，调用device_unregister函数
      device_unregister函数中，驱动程序核心只是删除了从绑定设备的驱动程序到sysfs文件的符号链接，从内部设备链表中删除了该设备，并且以device结构中的kobject结构指针为参数，调用kobject_del函数
      kobject_del函数删除了设备的kobject引用，如果该引用是最后一个，就要调用该PCI设备的release函数
     
    添加驱动程序
     
      调用pci_register_driver函数时，一个PCI驱动程序被添加到PCI核心中
      该函数只是初始化了包含在pci_driver结构中的device_driver结构
      PCI核心用包含在pci_driver结构的device_driver结构指针作为参数，在驱动程序核心内调用driver_register函数
      driver_reigster函数初始化了几个device_driver中的锁，然后调用bus_add_driver函数，该函数按以下步骤操作
      
        查找与驱动程序相关的总线
        根据驱动程序的名字以及相关的总线，创建驱动程序的sysfs目录
        获取总线内部的锁，接着遍历所有向总线注册的设备，为这些设备调用match函数
      
     
    删除驱动程序
     
      调用pci_unregister_driver函数
      该函数用包含在pci_driver结构中的device_driver结构作为参数，调用驱动程序核心函数driver_unregister
      driver_unregister函数清除在sysfs树中属于驱动程序的sysfs属性
      遍历所有属于该驱动程序的设备，并为其调用release函数
     
   
  处理固件
   
    将固件代码放入驱动程序会使驱动程序代码膨胀，使得固件升级困难，并容易导致许可证问题
    不要把包含固件的驱动程序放入内核，或者包含在Linux发行版中
    内核固件接口
     
      <linux/firmware.h>
      
        int request_firmware(const struct firmware **fw, char *name, struct device *device);
        struct firmware
         
          size_t size;
          u8 *data;
         
        void release_firmware(struct firmware *fw);
        int request_firmware_nowait(struct module *module, char *name, struct device *device, void *context, void (*cont)(const struct firmware *fw, void *context));
      
     
    工作原理
     
      固件子系统使用sysfs和热插拔机制工作
      调用request_firmware时，在/sys/class/firmware下将创建一个目录，该目录使用设备名作为它的目录名，该目录包含三个属性
      
        loading
         
          由负责装载固件的用户空间进程设置为1
         
        data
         
          是一个二进制属性，用来接收固件数据
         
        device
         
          该属性是到/sys/devices下相应入口的符号链接
         
      
      一旦sysfs入口被创建，内核将为设备产生热插拔事件，传递给热插拔处理程序的环境包括一个FIRMWARE变量，它将设置为提供给request_firmware的名字
      处理程序定位固件文件，使用所提供的属性把固件文件拷贝到内核，如果不能发现固件文件，处理程序将设置loading属性为-1
      如果在10秒钟之内不能为固件的请求提供服务，内核将放弃努力并向驱动程序返回错误状态，这个超时值可以通过修改sysfs属性/sys/class/firmware/timeout来改变
      不能在没有制造商许可的情况下发行设备的固件