推薦博文： Linux內(nèi)核“問題門”——學(xué)習(xí)問題、經(jīng)驗(yàn)集錦

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設(shè)備模型拍得再玄幻，它也只是個(gè)模型，必須得落實(shí)在具體的子系統(tǒng)，否則就只能抱著個(gè)最佳技術(shù)獎(jiǎng)空遺恨。既然前面已經(jīng)以USB子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分析示例了分析內(nèi)核源碼應(yīng)該如何入手，那么這里就仍然以USB子系統(tǒng)為例，看看設(shè)備模型是如何軟著陸的。

內(nèi)核中USB子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

我們已經(jīng)知道了USB子系統(tǒng)的代碼都位于drivers/usb目錄下面，也認(rèn)識(shí)了一個(gè)很重要的目錄——core子目錄。現(xiàn)在，我們?cè)賮砜匆粋€(gè)很重要的模塊——usbcore。你可以使用“l(fā)smod”命令看一下，在顯示的結(jié)果里能夠找到有一個(gè)模塊叫做usbcore。

localhost:/usr/src/linux-2.6.23/drivers/usb/core # lsmod
Module Size Used by
af_packet 55820 2
raw 89504 0
nfs 230840 2
lockd 87536 2 nfs
nfs_acl 20352 1 nfs
sunrpc 172360 4 nfs,lockd,nfs_acl
ipv6 329728 36
button 24224 0
battery 27272 0
ac 22152 0
apparmor 73760 0
aamatch_pcre 30720 1 apparmor
loop 32784 0
usbhid 60832 0
dm_mod 77232 0
ide_cd 57120 0
hw_random 22440 0
ehci_hcd 47624 0
cdrom 52392 1 ide_cd
uhci_hcd 48544 0
shpchp 61984 0
bnx2 157296 0
usbcore 149288 4 usbhid,ehci_hcd,uhci_hcd
e1000 130872 0
pci_hotplug 44800 1 shpchp
reiserfs 239616 2
edd 26760 0
fan 21896 0
??

找到了usbcore那一行嗎？core就是核心，基本上你要在你的電腦里用USB設(shè)備，那么兩個(gè)模塊是必須的：一個(gè)是usbcore，這就是核心模塊；另一個(gè)是主機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)程序，比如這里usbcore那一行我們看到的ehci_hcd和uhci_hcd，你的USB設(shè)備要工作，合適的USB主機(jī)控制器模塊也是必不可少的。

usbcore負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)一些核心的功能，為別的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供服務(wù)，提供一個(gè)用于訪問和控制USB硬件的接口，而不用去考慮系統(tǒng)當(dāng)前存在哪種主機(jī)控制器。至于core、主機(jī)控制器和USB驅(qū)動(dòng)三者之間的關(guān)系，如下圖所示。

USB驅(qū)動(dòng)和主機(jī)控制器就像core的兩個(gè)保鏢，協(xié)議里也說了，主機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)（HCD）必須位于USB軟件的最下一層。HCD提供主機(jī)控制器硬件的抽象，隱藏硬件的細(xì)節(jié)，在主機(jī)控制器之下是物理的USB及所有與之連接的USB設(shè)備。而HCD只有一個(gè)客戶，對(duì)一個(gè)人負(fù)責(zé)，就是usbcore。usbcore將用戶的請(qǐng)求映射到相關(guān)的HCD，用戶不能直接訪問HCD。

core為咱們完成了大部分的工作，因此咱們寫USB驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，只能調(diào)用core的接口，core會(huì)將咱們的請(qǐng)求發(fā)送給相應(yīng)的HCD。

USB子系統(tǒng)與設(shè)備模型

關(guān)于設(shè)備模型，最主要的問題就是，bus、device、driver是如何建立聯(lián)系的？換言之，這三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的指針是如何被賦值的？絕對(duì)不可能發(fā)生的事情是，一旦為一條總線申請(qǐng)了一個(gè)struct bus_type的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后，它就知道它的devices鏈表和drivers鏈表會(huì)包含哪些東西，這些東西一定不會(huì)是先天就有的，只能是后天填進(jìn)來的。

具體到USB子系統(tǒng)，完成這個(gè)工作的就是USB core。USB core的代碼會(huì)進(jìn)行整個(gè)USB系統(tǒng)的初始化，比如申請(qǐng)struct bus_type usb_bus_type，然后會(huì)掃描USB總線，看線上連接了哪些USB設(shè)備，或者說Root Hub上連了哪些USB設(shè)備，比如說連了一個(gè)USB鍵盤，那么就為它準(zhǔn)備一個(gè)struct device，根據(jù)它的實(shí)際情況，為這個(gè)struct device賦值，并插入devices鏈表中來。

又比如Root Hub上連了一個(gè)普通的Hub，那么除了要為這個(gè)Hub本身準(zhǔn)備一個(gè)struct device以外，還得繼續(xù)掃描看這個(gè)Hub上是否又連了別的設(shè)備，有的話繼續(xù)重復(fù)之前的事情，這樣一直進(jìn)行下去，直到完成整個(gè)掃描，最終就把usb_bus_type中的devices鏈表給建立了起來。

那么drivers鏈表呢？這個(gè)就不用bus方面主動(dòng)了，而該由每一個(gè)driver本身去bus上面登記，或者說掛牌。具體到USB子系統(tǒng)，每一個(gè)USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)struct usb_driver結(jié)構(gòu)，其中有一個(gè)struct device_driver driver成員，USB core為每一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)準(zhǔn)備了一個(gè)函數(shù)，讓它把自己的這個(gè)struct device_driver driver插入到usb_bus_type中的drivers鏈表中去。而這個(gè)函數(shù)正是我們此前看到的usb_register。而與之對(duì)應(yīng)的usb_deregister所從事的正是與之相反的工作，把這個(gè)結(jié)構(gòu)體從drivers鏈表中刪除。

而struct bus_type結(jié)構(gòu)的match函數(shù)在USB子系統(tǒng)里就是usb_device_match函數(shù)，它充當(dāng)了一個(gè)紅娘的角色，在USB總線的USB設(shè)備和USB驅(qū)動(dòng)之間牽線搭橋，類似于交大BBS上的鵲橋版，雖然它們上面的條件都琳瑯滿目的，但明顯這里match的條件不是那么的苛刻，要更為實(shí)際些。

可以說，USB core的確是用心良苦，為每一個(gè)USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)做足了功課，正因?yàn)槿绱耍鳛橐粋€(gè)實(shí)際的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)，它在初始化階段所要做的事情就很少，很簡單了，直接調(diào)用usb_register即可。事實(shí)上，沒有人是理所當(dāng)然應(yīng)該為你做什么的，但USB core這么做了。所以每一個(gè)寫USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)的人應(yīng)該銘記，USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)絕不是一個(gè)人在工作，在他身后，是USB core所提供的默默無聞?dòng)植豢苫蛉钡闹С帧?

《Linux內(nèi)核修煉之道》精華分享與討論（12）——設(shè)備模型（下）