深入理解Linux总线驱动模型 (linux 总线驱动模型)

Linux总线驱动模型是Linux内核中一个非常重要的概念。作为开源操作系统的代表，Linux在设备驱动方面的处理非常有特色，总线驱动模型就是Linux内核中的一部分。本文从何为总线驱动模型、总线的作用、驱动的作用、总线驱动接口以及驱动程序的实现等几个方面来详细介绍Linux总线驱动模型。

一、何为总线驱动模型

总线驱动模型是Linux内核的一个重要概念，位于内核层，其主要作用是方便设备驱动程序的编写。在此之前，Linux内核的驱动都是以硬件上的设备名为基础的，但是这种驱动方式会由于硬件设备的变化而引起问题，同时也会让代码结构变得复杂。所以，在Linux 2.2内核中引入了总线驱动模型。

总线驱动模型是通过抽象出设备与设备驱动程序之间的通用接口，然后对不同类型的设备和设备驱动进行分类，最终简化和统一设备驱动的实现。这样，不同类型的设备可以通过相同的接口进行管理和控制，这为深度开发和应用提供了便利。

二、总线的作用

在总线驱动模型中，总线是一个重要的概念，总线可以理解为连接设备与系统的桥梁，它提供了设备通信的接口，同时还可以通过总线控制设备的工作状态。在Linux内核驱动程序中，与总线相关的工作都由总线驱动程序完成。

总线包括了很多种类型，如I2C、PCI、USB、SPI、ACPI等等，每种总线都有各自的特点和使用场景。总线驱动程序是为了兼容各种总线所编写的程序，可以强制处理总线设备支持的各种特性和协议，为设备驱动程序和用户应用程序提供一个通用的接口。

三、驱动的作用

在总线驱动模型中，驱动起着非常重要的作用，它一般是由硬件设备厂商所编写的与设备相关的程序，其主要作用是实现设备的初始化、寄存器的读写、中断处理、数据传输等操作，以及向内核注册设备并接收外部命令。

与传统的驱动相比，Linux总线驱动更加抽象，通过总线来封装底层硬件的操作，从而减少了驱动程序的开发难度。

驱动的实现分为两部分，之一步是实现设备的适配，即将具体设备与内核进行衔接，与初始化代码接轨，以便能够获取设备的相关信息和掌握设备的状态。第二步是实现设备的操作，即通过具体的驱动函数对设备进行读写操作等。

四、总线驱动接口

总线驱动接口是总线驱动程序与设备驱动程序之间的桥梁，它包括了若干个函数指针，这些函数指针定义了总线驱动程序中各种设备驱动的接口，并允许设备驱动程序来“注册”在总线上的设备。

总线驱动接口包括以下函数指针：

probe函数：当内核检测到设备时，此函数将被调用。此函数应提供一种方法来识别设备，并将此设备与其驱动程序之间的关系建立起来。

remove函数：当设备从系统中移除时，此函数将被调用。此函数要负责删除驱动程序和设备之间的关系，并做好所有用完驱动程序和设备使用后需要进行的清理工作。

suspend函数和resume函数：当系统进入睡眠时，内核将调用suspend函数，以允许驱动程序保存所有状态信息，然后调用resume函数来恢复它。

shutdown函数：此函数是一个非常重要的函数，因为它负责将系统所有的设备注销并停止。在系统关机之前，内核通过此函数对所有设备进行关闭，并知道如何对设备进行清理。

五、驱动程序的实现

在实现驱动程序之前，需要先确认设备的硬件信息，这样才能确定等下实现时要用到哪些函数和方法。此外，还需要了解设备所用的总线类型和协议。

驱动程序的实现一般分为三个部分：

初始化：在此部分，驱动程序需要通过填充struct device结构体来向系统注册设备，这通常是通过调用device_register函数来完成的。同时，驱动程序还需要设置中断、开启DMA等等。

读写：驱动程序需要向CPU和设备发送数据或接收数据。为此，驱动程序需要实现一些函数来完成这些基本的任务。对于读写操作，一般需要实现open、close、read和write函数。

释放：当不再需要设备时，需要释放所有已申请的物理资源并撤销该设备的注册状态以及清理任何未释放的内存。

总线驱动模型是Linux内核的一个重要概念。总线、驱动程序和总线驱动接口三者共同形成一个完整的总线驱动模型。在Linux内核中，总线驱动模型的应用使得设备驱动程序编写更加方便，许多之前需要手动处理的驱动部分现在已经转移到内核中。因此，存储与网络等设备的调试和优化工作实现起来也会变得更加容易。