尽管LDD3中说对多数程序员掌握设备驱动模型不是必要的，但对于嵌入式Linux的底层程序员而言，对设备驱动模型的学习非常重要。Linux设备模型的目的：为内核建立一个统一的设备模型，从而又一个对系统结构的一般性抽象描述。换句话说，Linux设备模型提取了设备操作的共同属性，进行抽象，并将这部分共同的属性在内核中实现，而为需要新添加设备或驱动提供一般性的统一接口，这使得驱动程序的开发变得更简单了，而程序员只需要去学习接口就行了。在正式进入设备驱动模型的学习之前，有必要把documentation/filesystems/sysfs.txt读一遍（不能偷懒）。sysfs.txt主要描述/sys目录的创建及其属性，sys目录描述了设备驱动模型的层次关系，我们可以简略看一下/sys目录，
block：所有块设备devices：系统所有设备（块设备特殊），对应struct device的层次结构bus：系统中所有总线类型（指总线类型而不是总线设备，总线设备在devices下），bus的每个子目录都包含    --devices：包含到devices目录中设备的软链接    --drivers：与bus类型匹配的驱动程序class：系统中设备类型（如声卡、网卡、显卡等）fs：一些文件系统，具体可参考filesystems /fuse.txt中例子dev：包含2个子目录--char：字符设备链接，链接到devices目录，以:命名--block：块设备链接 Linux设备模型学习分为：Linux设备底层模型，描述设备的底层层次实现（kobject）；Linux上层容器，包括总线类型（bus_type）、设备（device）和驱动（device_driver）。 

====  Linux设备底层模型 ====

     谨记：像上面看到的一样，设备模型是层次的结构，层次的每一个节点都是通过kobject实现的。在文件上则体现在sysfs文件系统。

kobject结构

内核中存在struct kobject数据结构，每个加载到系统中的kobject都唯一对应/sys或者子目录中的一个文件夹。可以这样说，许多kobject结构就构成设备模型的层次结构。每个kobject对应一个或多个struct attribute描述属性的结构。点击(此处)折叠或打开

1. struct kobject {
   
2.     const char *name; /* 对应sysfs的目录名 */
   
3.     struct list_head entry; /* kobjetct双向链表 */
   
4.     struct kobject *parent; /* 指向kset中的kobject，相当于指向父目录 */
   
5.     struct kset *kset; /*指向所属的kset */
   
6.     struct kobj_type *ktype; /*负责对kobject结构跟踪*/
   
7.     struct sysfs_dirent *sd; 
   
8.     struct kref kref; /*kobject引用计数*/
   
9.     unsigned int state_initialized:1;
   
10.     unsigned int state_in_sysfs:1;
    
11.     unsigned int state_add_uevent_sent:1;
    
12.     unsigned int state_remove_uevent_sent:1;
    
13.     unsigned int uevent_suppress:1;
    
14. };

kobject结构是组成设备模型的基本结构，最初kobject设计只用来跟踪模块引用计数，现已增加支持，—— sysfs表述：在sysfs中的每个对象都有对应的kobject—— 数据结构关联：通过链接将不同的层次数据关联—— 热插拔事件处理：kobject子系统将产生的热插拔事件通知用户空间kobject一般不单独使用，而是嵌入到上层结构（比如struct device，struct device_driver）当中使用。kobject的创建者需要直接或间接设置的成员有：ktype、kset和parent。kset我们后面再说，parent设置为NULL时，kobject默认创建到/sys顶层目录下，否则创建到对应的kobject目录中。重点来分析ktype成员的类型，点击(此处)折叠或打开

1. #include <kobject.h>
   
2. struct kobj_type {
   
3.     void (*release)(struct kobject *kobj); /* 释放 */
   
4.     const struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* 默认属性实现 */
   
5.     struct attribute **default_attrs; /* 默认属性 */
   
6.     const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj);
   
7.     const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
   
8. };

ktype包含了释放设备、默认属性以及属性的实现方法几个重要成员。每个kobject必须有一个release方法，并且kobject在该方法被调用之前必须保持不变（处于稳定状态）。默认属性的结构如下，点击(此处)折叠或打开

1. #include <linux/sysfs.h>
   
2. struct attribute {
   
3.     const char *name; /* 属性名称 */
   
4.     mode_t mode; /* 属性保护：只读设为S_IRUGO，可写设为S_IWUSR */
   
5. }

kobj_type中的default_attrs为二级结构指针，可以对每个kobject使用多个默认属性，最后一个属性使用NULL填充。struct sysfs_ops结构则如下，点击(此处)折叠或打开

1. struct sysfs_ops {
   
2.     ssize_t (*show)(struct kobject *, struct attribute *,char *);
   
3.     ssize_t (*store)(struct kobject *,struct attribute *,const char *, size_t);
   
4. };

show方法用于将传入的指定属性编码后放到char *类型的buffer中，store则执行相反功能：将buffer中的编码信息解码后传递给struct attribute类型变量。两者都是返回实际的属性长度。一个使用kobject的简单例子如下，点击(此处)折叠或打开

1. #include <linux/module.h>
   
2. #include <linux/init.h>
   
3. #include <linux/device.h>
   
4. #include <linux/string.h>
   
5. #include <linux/sysfs.h>
   
6. #include <linux/kernel.h>
   
7.  
   
8. MODULE_AUTHOR("xhzuoxin");
   
9. MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
   
10.  
    
11. void my_obj_release(struct kobject *kobj)
    
12. {
    
13.     printk("release ok.n");
    
14. }
    
15.  
    
16. ssize_t my_sysfs_show(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, char *buf)
    
17. {
    
18.     printk("my_sysfs_show.n");
    
19.     printk("attrname:%s.n", attr->name);
    
20.     sprintf(buf, "%s", attr->name);
    
21.     return strlen(attr->name) + 1;
    
22. }
    
23.  
    
24. ssize_t my_sysfs_store(struct kobject *kobj, struct attribute *attr, const char *buf,
    
25.        size_t count)
    
26. {
    
27.     printk("my_sysfs_store.n");
    
28.     printk("write:%sn", buf);
    
29.  
    
30.     return count;
    
31. }
    
32.  
    
33. struct sysfs_ops my_sysfs_ops = {
    
34.     .show = my_sysfs_show,
    
35.     .store = my_sysfs_store,
    
36. };
    
37.  
    
38. struct attribute my_attrs = {
    
39.     .name = "zx_kobj",
    
40.     .mode = S_IRWXUGO,
    
41. };
    
42.  
    
43. struct attribute *my_attrs_def[] = {
    
44.     &my_attrs,
    
45.     NULL,
    
46. };
    
47. struct kobj_type my_ktype = {
    
48.     .release = my_obj_release,
    
49.     .sysfs_ops = &my_sysfs_ops,
    
50.     .default_attrs = my_attrs_def,
    
51. };
    
52.  
    
53. struct kobject my_kobj ;
    
54.  
    
55. int __init kobj_test_init(void)
    
56. {
    
57.     printk("kobj_test init.n");
    
58.     kobject_init_and_add(&my_kobj, &my_ktype, NULL, "zx");
    
59.  
    
60.     return 0;
    
61. }
    
62.  
    
63. void __exit kobj_test_exit(void)
    
64. {
    
65.     printk("kobj_test exit.n");
    
66.     kobject_del(&my_kobj);
    
67. }
    
68.  
    
69. module_init(kobj_test_init);
    
70. module_exit(kobj_test_exit);

例子中有两个函数，用于初始化添加和删除kobject结构，点击(此处)折叠或打开

1. int kobject_init_and_add(struct kobject *kobj, struct kobj_type *ktype,
   
2.             struct kobject *parent, const char *fmt, ...); /* fmt指定kobject名称 */
   
3. void kobject_del(struct kobject *kobj);

加载模块后，在/sys目录下增加了一个叫zx达到目录，zx目录下创建了一个属性文件zx_kobj，使用tree /sys/zx查看。内核提供了许多与kobject结构相关的函数，如下：点击(此处)折叠或打开

1. // kobject初始化函数
   
2. void kobject_init(struct kobject * kobj);
   
3. // 设置指定kobject的名称
   
4. int kobject_set_name(struct kobject *kobj, const char *format, ...);
   
5. // 将kobj 对象的引用计数加，同时返回该对象的指针
   
6. struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj);
   
7. // 将kobj对象的引用计数减，如果引用计数降为，则调用kobject release()释放该kobject对象
   
8. void kobject_put(struct kobject * kobj);
   
9. // 将kobj对象加入Linux设备层次。挂接该kobject对象到kset的list链中，增加父目录各级kobject的引// 用计数，在其parent指向的目录下创建文件节点，并启动该类型内核对象的hotplug函数
   
10. int kobject_add(struct kobject * kobj);
    
11. // kobject注册函数,调用kobject init()初始化kobj，再调用kobject_add()完成该内核对象的注册
    
12. int kobject_register(struct kobject * kobj);
    
13. // 从Linux设备层次(hierarchy)中删除kobj对象
    
14. void kobject_del(struct kobject * kobj);
    
15. // kobject注销函数. 与kobject register()相反，它首先调用kobject del从设备层次中删除该对象，再调// 用kobject put()减少该对象的引用计数，如果引用计数降为，则释放kobject对象
    
16. void kobject_unregister(struct kobject * kobj);

kset结构

我们先看上图，kobject通过kset组织成层次化的结构，kset将一系列相同类型的kobject使用（双向）链表连接起来，可以这样 认为，kset充当链表头作用，kset内部内嵌了一个kobject结构。内核中用kset数据结构表示为：点击(此处)折叠或打开

1. #include <linux/kobject.h>
   
2. struct kset {
   
3.     struct list_head list; /* 用于连接kset中所有kobject的链表头 */
   
4.     spinlock_t list_lock; /* 扫描kobject组成的链表时使用的锁 */
   
5.     struct kobject kobj; /* 嵌入的kobject */
   
6.     const struct kset_uevent_ops *uevent_ops; /* kset的uevent操作 */
   
7. };

与kobject 相似，kset_init()完成指定kset的初始化，kset_get()和kset_put()分别增加和减少kset对象的引用计数。Kset_add()和kset_del()函数分别实现将指定keset对象加入设备层次和从其中删除；kset_register()函数完成kset的注册而kset_unregister()函数则完成kset的注销。 

==== 设备模型上层容器 ====

 这里要描述的上层容器包括总线类型（bus_type）、设备（device）和驱动（device_driver），这3个模型环环相扣，参考图9-2。为何称为容器？因为bus_type/device/device_driver结构都内嵌了Linux设备的底层模型（kobject结构）。为什么称为上层而不是顶层？因为实际的驱动设备结构往往内嵌bus_type/device/device_driver这些结构，比如pci，usb等。总线类型、设备、驱动3者之间关系：在继续之前，自我感觉需要区分2个概念：总线设备与总线类型。总线设备本质上是一种设备，也需要像设备一样进行初始化，但位于设备的最顶层，总线类型是一种在设备和驱动数据结构中都包含的的抽象的描述（如图9-2），总线类型在/sys/bus目录下对应实体，总线设备在/devices目录下对应实体。

总线类型bus_type

    内核对总线类型的描述如下：点击(此处)折叠或打开

1. struct bus_type {
   
2.     const char *name; /* 总线类型名 */
   
3.     struct bus_attribute *bus_attrs; /* 总线的属性 */
   
4.     struct device_attribute *dev_attrs; /* 设备属性,为每个加入总线的设备建立属性链表 */
   
5.     struct driver_attribute *drv_attrs; /* 驱动属性,为每个加入总线的驱动建立属性链表 */
   
6.  
   
7. /* 驱动与设备匹配函数:当一个新设备或者驱动被添加到这个总线时，这个方法会被调用一次或多次，若指定的驱动程序能够处理指定的设备，则返回非零值。必须在总线层使用这个函数, 因为那里存在正确的逻辑，核心内核不知道如何为每个总线类型匹配设备和驱动程序 */
   
8.     int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv); 
   
9. /*在为用户空间产生热插拔事件之前，这个方法允许总线添加环境变量（参数和 kset 的uevent方法相同）*/
   
10.     int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
    
11.     int (*probe)(struct device *dev); /* */
    
12.     int (*remove)(struct device *dev); /* 设备移除调用操作 */
    
13.     void (*shutdown)(struct device *dev);
    
14.  
    
15.     int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
    
16.     int (*resume)(struct device *dev);
    
17.  
    
18.     const struct dev_pm_ops *pm;
    
19.  
    
20.     struct subsys_private *p; /* 一个很重要的域，包含了device链表和drivers链表 */
    
21. };

接着对bus_type中比较关注的几个成员进行简述，[1] struct bus_attribute结构，device_attribute与driver_attribute将分别在设备和驱动分析过程中看到，点击(此处)折叠或打开

1. struct bus_attribute {
   
2.     struct attribute attr;
   
3.     ssize_t (*show)(struct bus_type *bus, char *buf);
   
4.     ssize_t (*store)(struct bus_type *bus, const char *buf, size_t count);
   
5. };

 [2] subsys_private中包含了对加入总线的设备的链表描述和驱动程序的链表描述，省略的部分结构如下点击(此处)折叠或打开

1. struct subsys_private {
   
2.     struct kset subsys;
   
3.     struct kset *devices_kset; /* 使用kset构建关联的devices链表头 */
   
4.     struct kset *drivers_kset; /* 使用kset构建关联的drivers链表头 */
   
5.     struct klist klist_devices; /* 通过循环可访问devices_kset的链表 */
   
6.     struct klist klist_drivers; /* 通过循环可访问drivers_kset的链表 */
   
7.     struct bus_type *bus; /* 反指向关联的bus_type结构 */
   
8.     ......
   
9. };

bus_type通过扫描设备链表和驱动链表，使用mach方法查找匹配的设备和驱动，然后将struct device中的*driver设置为匹配的驱动，将struct device_driver中的device设置为匹配的设备，这就完成了将总线、设备和驱动3者之间的关联。bus_type只有很少的成员必须提供初始化，大部分由设备模型核心控制。内核提供许多函数实现bus_type的注册注销等操作，新注册的总线可以再/sys/bus目录下看到。点击(此处)折叠或打开

1. struct bus_type ldd_bus_type = { /* bus_type初始化 */
   
2.     .name = "ldd", 
   
3.     .match = ldd_match, /* 方法实现参见实例 */
   
4.     .uevent = ldd_uevent, /* 方法实现参见实例 */
   
5. };
   
6. ret = bus_register(&ldd_bus_type); /* 注册，成功返回0 */
   
7. if (ret)
   
8.  return ret;
   
9. void bus_unregister(struct bus_type *bus); /* 注销 */

设备device

    设备通过device结构描述，点击(此处)折叠或打开

1. struct device {
   
2.     struct device *parent; /* 父设备，总线设备指定为NULL