3.linux设备驱动模型：kobject、kobj |
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3.linux设备驱动模型：kobject、kobj
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目录 内核版本发展 设备驱动模型基本元素 kobject结构体 kset结构体 kobj_type结构体 kobject：驱动的基石 kobject主要功能 整个kobject机制的理解 kobject使用流程 kobject_create_and_add()函数 kobj_type：用户空间的法宝 sysfs_create_group()函数 kernfs_init_inode()函数 设备驱动模型实验1-kobject点灯 kobject_led.c文件 Makefile文件 执行过程 内核版本发展2.4版本之前内核没有统一的设备驱动模型，但是可以用（例如先前的led字符设备驱动实验，使用前需要手动调用mknod命令创建设备文件，从而进一步控制硬件）。 2.4~2.6版本内核使用devfs，挂载在/dev目录。需要在内核驱动中创建设备文件（调用devfs_register创建设备文件，无需手动mknod命令，需传入设备文件名），命名过于死板（编译后驱动对应的设备文件名固定，无法动态修改）。 2.6版本之后内核统一使用sysfs，挂载在/sys目录。将设备分类、分层次统一进行管理，配合udev/mdev守护进程（开启自启，后台运行，一直监听内核驱动发出的消息）动态创建设备文件，命令规则自由制定。 sysfs虚拟文件系统在linux系统中体现出设备驱动模型，类似于proc文件系统，总是被挂载在/sys/挂载点上。目录对应的inode节点会记录基本驱动对象（kobject），从而将系统中的设备组成层次结构。用户可以读写目录下的不同文件来配置基本驱动对象（kobject）的不同属性。 设备驱动模型基本元素kobject：sysfs的一个目录，常用来表示基本驱动对象，不允许发送消息到用户空间。 kset：sysfs的一个目录，常用来管理kobject，允许发送消息到用户空间。 kobj_type：目录下属性文件的操作接口。 kobject既可以通过parent指针找到上层kobject，也可以通过kset指针找到上层kobject。但上层kobject对象无法遍历到下层，所以较少使用。 kobject结构体sysfs中每一个目录都对应一个kobject，kobject结构体存放在内核/include/linux/kobject.h。 struct kobject { const char *name; //kobject的名称，同时也是sysfs下的目录名字 struct list_head entry; //链表节点，用于将kobject加入到kset的list_head struct kobject *parent; //该kobject的上层节点，构建kobject间的层次关系（在sysfs体现为目录结构） struct kset *kset; //该kobject所属的kset对象（可以为NULL），用于批量管理kobject对象 struct kobj_type *ktype; //该kobject的sysfs文件系统相关的操作和属性 struct kernfs_node *sd; //该kobject在sysfs文件系统中对应目录项 struct kref kref; //该kobject的引用次数 #ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE struct delayed_work release; #endif unsigned int state_initialized:1; //记录内核对象的初始化状态 unsigned int state_in_sysfs:1; //表示该kobject所代表的内核对象是否在sysfs建立目录 unsigned int state_add_uevent_sent:1; //记录是否已经向用户空间发送ADD uevent事件 unsigned int state_remove_uevent_sent:1; //记录是否已经向用户空间发送REMOVE uevent事件 unsigned int uevent_suppress:1; //如果为1，则忽略所有上报的uevent事件 };由于kobject添加到内核时，需要根据名字注册到sysfs虚拟文件系统中，之后就不能再直接修改该名字。如果想改，需要调用kobject_rename接口，该接口会主动处理sysfs的相关事宜。 kset如果没有指定的parent，则会把kset作为parent（kset是一个特殊的kobject）。 uevent提供了“用空空间通知”的功能实现，当内核中有kobject的增删改等操作时，会通知用户空间。 kset结构体kset结构体存放在内核/include/linux/kobject.h。 struct kset { struct list_head list; //指向该kset下所有的kobject组成的链表 spinlock_t list_lock; //避免操作链表时产生竞态的自旋锁 struct kobject kobj; //该kset自己的kobject（kset是一个特殊的kobject，也会在sysfs中以目录的形式体现） const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; } __randomize_layout;uevent_ops为该kset的uevent操作函数集（函数指针）。当kset的某些kobject对象发生状态变化需要通知用户空间时，调用其中对应的函数来完成。 当任一kobject需要上报uevent时，都要调用它所属的kset的uevent_ops，添加环境变量，或者过滤uevent（kset可以决定哪些uevent可以上报）。 因此一个kobject不属于任一kset时，是不允许发生uevent的。 kobj_type结构体kobj_type结构体存放在内核/include/linux/kobject.h。 struct kobj_type { /* 销毁kobject对象时调用 */ void (*release)(struct kobject *kobj); /* 该类型的kobject的sysfs虚拟文件系统操作接口（读属性接口show和写属性接口store） */ const struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* 该类型的kobject的attribute表（sysfs的一个文件）。将会在kobject添加到内核时，一并注册到sysfs中 */ struct attribute **default_attrs; const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj); const void *(*namespace)(struct kobject *kobj); void (*get_ownership)(struct kobject *kobj, kuid_t *uid, kgid_t *gid); }; kobject：驱动的基石 kobject主要功能 通过parent指针，可以将所有kobject以层次结构的形式组合起来。使用一个引用计数，来记录kobject被引用的次数，并在引用计数为0时释放kobject对象（这是kobject诞生时的唯一功能）。和sysfs虚拟文件系统配合，将每一个kobject及其特性以文件形式显示到用户空间。在Linux中，kobject几乎不会单独存在。它的主要功能就是内嵌在一个大型的数据结构中，为这个数据结构提供一些底层的功能实现。Linux驱动开发者很少会直接使用kobject以及它提供的接口，而是使用构建在kobject之上的设备模型接口。 整个kobject机制的理解kobject的核心功能是：保持一个引用计数，当该引用计数减为0时，自动释放kobject所占的内存空间（这决定了kobject必须是动态分配）。 kobject的常见使用场景：内嵌在大型的数据结构中（如kset、device_driver等），因此这些大型的数据结构也必须是动态分配、动态释放。ktype的release回调函数负责释放kobject（甚至是包含kobject的数据结构）的内存空间。 kobject使用流程kobject大多数情况下（有一例外）会嵌在其它数据结构中使用，使用流程如下： 定义一个struct kset类型的指针，并在初始化时为它分配空间，添加到内核中。根据实际情况，定义内嵌有kobject的自己所需的数据结构原型。定义一个适合自己的ktype，并实现其中回调函数release。在需要使用到包含kobject的数据结构时，动态分配该数据结构，并分配kobject空间，添加到内核中。每一次引用数据结构时，调用kobject_get接口增加引用计数；引用结束时，调用kobject_put接口，减少引用次数。当引用计数为0时，kobject模块会自动调用ktype所提供的release接口，释放上层数据结构以及kobject的内存空间。例外： 开发者只需在sysfs中创建一个目录，而不需要其它的kset、ktype的操作。这是可以直接调用kobject_create_and_add接口，分配一个kobject结构并把它添加到内核中。 kobject_create_and_add()函数该函数存放在内核/lib/kobject.c文件中。 /** * kobject_create_and_add - 动态创建一个struct kobject并将其注册到sysfs * * @name: 对象的名称 * @parent: 这个kobject的父kobject(如果有的话)。 * * 这个函数动态地创建一个kobject结构并将其注册到sysfs。当您完成此结构时，调用kobject_put()，当不再使用该结构时，该结构将被动态释放。 * * 如果无法创建kobject，则返回NULL。 */ struct kobject *kobject_create_and_add(const char *name, struct kobject *parent) { struct kobject *kobj; int retval; kobj = kobject_create(); //创建并初始化一个kobject对象 if (!kobj) return NULL; retval = kobject_add(kobj, parent, "%s", name); //sysfs创建一个目录项并与kobject对象关联 if (retval) { pr_warn("%s: kobject_add error: %d\n", __func__, retval); kobject_put(kobj); kobj = NULL; } return kobj; }kobject_create_and_add()函数是kobject_create函数和kobject_add函数的组合。整体功能是创建一个名字为“name”的kobject对象，并将其添加到指定的父kobject对象下。
该文件存放在内核/fs/sysfs/group.c文件中。 在kobject中，分析到 kobject_create() → kobject_init(kobj, &dymic_kobj_ktype) → dymic_kobj_ktype.sysfs_ops = &kobj_sysfs_ops。 kobj_sysfs_ops中存放着统一的操作接口show和store。调用统一的操作接口时，会在内部进一步调用具体的操作接口。
该函数存放在内核/fs/kernfs/inode.c文件中。 设备驱动模型实验1-kobject点灯实验思路：内核模块+LED驱动+kobject+kobj_attribute 内核模块：动态加载 LED驱动：控制硬件LED kobject：在/sys创建目录项 kobj_attribute：为kobject对象的属性文件提供独有的读写接口 kobject_led.c文件 #include #include #include #include #include #include #include #include #include /* GPIO虚拟地址映射 */ static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1; static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO04; static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO04; static void __iomem *GPIO1_GDIR; static void __iomem *GPIO1_DR; static int foo; static ssize_t foo_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf) { /* buf 将会被自动拷贝到用户空间 */ return sprintf(buf, "%d\n", foo); } static ssize_t foo_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count) { /* buf内容来自用户空间，由内核自动完成了。kstrtoint 是将子串buf以十进制的格式输出到foo */ int ret = kstrtoint(buf, 10, &foo); if(ret < 0) return ret; return count; } static ssize_t led_show(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, char *buf) { int var; if(strcmp(attr->attr.name, "led") == 0) var = 123; return sprintf(buf, "%d\n", var); } static ssize_t led_store(struct kobject *kobj, struct kobj_attribute *attr, const char *buf, size_t count) { if(strcmp(attr->attr.name, "led") == 0){ if(!memcmp(buf, "on", 2)){ iowrite32(0 |
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