深入理解freebsd设备驱动程序开发(3大方法)


这段时间一直在忙FreeBSD驱动移植的项目深入理解freebsd设备驱动程序开发,因此对FreeBSD做了一定的了解,鉴于网上对于FreeBSD的设备驱动资料较少,在这里给出本人对于FreeBSD驱动管理的理解心得(主要是USB驱动管理),希望能对开源开发者有所帮助。

首先FreeBSD的官方开发手册是必备的:

以及FreeBSD官方man page:该网页可帮你查找你所不明白的函数的定义和作用

FreeBSD下设备采用树状的设备驱动开发方法:

如下图所示

每个设备驱动包括若干方法,方法的名字由系统预先定义。设备是指连接到系统中的某部分硬件,如扩展卡、卡所在的总线、连接到卡上的磁盘驱动器等。总线也是作为设备,并有相应的驱动程序。系统定义了一个设备root_bus,而所有其它设备则是根据自动配置动态创建。

FreeBSD

操作系统中,注册按先总线设备后叶设备的

顺序进行,设备的启动过程如图

FreeBSD

操作系统中,注册按先总线设备后叶设备的

顺序进行,设备的启动过程如图

在FreeBSD操作系统中深入理解freebsd设备驱动程序开发,注册按先总线设备后叶设备的顺序进行,设备的启动过程如下图所示:

1.root_bus

2.nexus/simplebus

3.ACPI设备

4.PCI设备

系统统中的root_bus设备并不执行具体的设备驱动,它实际上是提供给其它设备一个根结点,以便所有的设备都能够通过它联系在一起,形成一个有机的整体。Nexus设备负责初始化系统资源的大小,同时提供ACPI资源链支持。

也就是说FreeBSD的设备驱动管理是按照树节点方法,一层一层往上挂载。文章后面会根据具体例子详细介绍设备树

FreeBSD下PCI总线类设备驱动程序框架:

这里采用PCI总线进行分析

PCI类设备驱动的组成主要包括以下4个部分:

(1) DRIVER_MODULE;

(2) 结构driver_t;

(3) 设备标识表;

(4) 设备类。

首先是DRIVER_MODULE设备宏,该定义非常重要:

每个设备驱动一般被定义为一个内核模块,声明方式如下:

DRIVER_MODULE(name,busname,driver,devclass,evh,arg)

name: 模块名

busname: 挂接的总线(PCI、NEXUS、ISA等)

driver: 驱动程序结构的变量

devclass: 设备类

evh: 驱动程序加载/卸载时的事件处理函数

arg: evh的参数

比如USB中存储设备umass驱动的设备宏定义如下:

DRIVER_MODULE(umass, uhub, umass_driver, umass_devclass, NULL, 0);

模块名是umass, 挂接的总线是uhub(uhub也是挂接在usbus总线上,而usbus挂接在musbotg总线上,最后musbotg挂接在usbss上,usbss挂接到最后的总线nexus上。完成了一个完整的设备树挂接),驱动变量是umass_driver,设备类是umass_devclass。

结构driver_t

设备驱动由结构driver_t描述,driver_t定义如下:

struct driver{

深入理解计算机系统第二版答案_深入理解freebsd设备驱动程序开发_王志伟深入理解财务会计:理论、方法与应用

const char *name;

kobj_method_t *method;

size_t size;

u_int refs;

kobj_ops_t ops;

void *priv; };

name: 设备驱动名

priv: 对应设备实例的私有数据,主要用于存放设备的私有数据结构

methods: 定义操作该设备的方法

数组中的每个元素是通过使用宏DEVMETHOD来声明的,如DEVMETHOD(device_probe,ata_pci_probe),其中第1个参数是系统保留的符号深入理解freebsd设备驱动程序开发(注册按先总线设备后叶设备驱动管理的理解心得(组图)),第2个参数是驱动程序中的函数。至于数组中定义了哪些方法是由两方面决定的:设备所在的总线和设备的具体功能。驱动程序中的方法可以分为两类:设备接口和总线方法。

设备接口:

设备接口负责识别、检测、连接设备,另外还可以关闭、挂起、恢复设备。在这些接口中,部分接口因设备的不同而不同,需要单独实现,而有的接口有缺省实现。要根据设备的功能实现部分或全部的接口,设备不支持的接口没有必要实现也无法实现。主要的接口包括:

device_identify: 仅用于不能自识别的总线,如ISA、ACPI,总线利用该操作识别设备并将其加入到总线中;

device_probe: 为设备在设备类中寻找合适的驱动,确定能否操作该设备、是否有足够的资源;

device_attach: 为该设备分配系统资源,将设备加入到系统中,注册设备的中断处理函数;

device_shutdown: 关闭设备; device_suspend: 挂起设备; device_resume: 恢复设备;

总线方法:

总线方法是总线在处理该设备时所需要的方法,一般因总线不同而不同。系统提供了缺省的定义,用户可以根据设备的具体需要,遵照方法的语义另外定义部分方法,主要方法有:

bus_print_child: 打印显示总线的一个子设备信息

bus_alloc_resource: 为总线的设备分配资源;

bus_release_resource: 为总线的设备释放资源;

bus_activate_resource: 激活资源;

bus_deactivate_resource: 实效资源;

bus_setup_intr: 注册设备中断处理函数;

bus_teardown_intr: 注销设备中断处理函数;

设备类数据结构

一类设备一般具有相似的属性,如网卡设备一般都同网络协议栈交互,所有的声卡也都具有相似的属性。设备类数据结构主要包括一个驱动程序结构链表和一个设备数组,具体的定义如下所示:

struct devclass{

TAILQ_ENTRY(devclass) link;

driver_list_t drivers;

char *name;

device_t *devices;

int maxuint; };

设备类主要用于系统管理设备驱动使用,用户自己可以为设备声明设备类,并没有严格的规定,例如在ata驱动程序中声明了一个设备类的实例:

static devclass_t ata_pci_devclass;

DRIVER_MODULE(atapci,pci,ata_pci_driver,ata_pci_devclass,0,0);

接下来结合FreeBSD中关于Ti AM335x处理器的USB驱动源码对FreeBSD设备驱动管理进行详细分析:

代码块源文件位于/sy/arm/ti/am335x目录下:

首先要知道AM335x USB在FreeBSD下的设备树:

simplebus->root bus

usbss->simplebus:AM335x的usb sub system模块 负责两个usb0、usb1

musbotg->usbss:AM335x的usb模块采用otg进行控制,也就是既可作为host端,也可以作为device端

usbus->musbotg:usbus是usb control模块,也就是usb 控制器模块

uhub->usbus:uhub是总线模块,一般usb设备都是通过它进行挂接,keyboard、usb storage等

umass->uhub:umass就是usb storage的设备驱动,这已经涉及到最后的usb底层驱动了


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