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[无人机] 嵌入式Linux设备驱动开发思想进阶之驱动分层与驱动分离

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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2017-11-3 11:04:19 |显示全部楼层
    我们在学习I2CUSBSD驱动时,大家有没有发现一个共性,就是在驱动开发时,每个驱动都分层三部分,由上到下分别是:
    1XXX 设备驱动
    2XXX 核心层
    3XXX 主机控制器驱动
    而需要我们编写的主要是设备驱动部分,主机控制器驱动部分也有少量编写,二者进行交互主要时由核心层提供的接口来实现;这样结构清晰,大大地有利于我们的驱动开发,这其中就是利用了Linux设备驱动开发中两个重要思想,今天我们来仔细解析一下。
    一、设备驱动的分层思想
    在面向对象的程序设计中,可以为某一类相似的事物定义一个基类,而具体的事物可以继承这个基类中的函数。如果对于继承的这个事物而言,其某函数的实现与基类一致,那它就可以直接继承基类的函数;相反,它可以重载之。这种面向对象的设计思想极大地提高了代码的可重用能力,是对现实世界事物间关系的一种良好呈现。
    Linux内核完全由C语言和汇编语言写成,但是却频繁用到了面向对象的设计思想。在设备驱动方面,往往为同类的设备设计了一个框架,而框架中的核心层则实现了该设备通用的一些功能。同样的,如果具体的设备不想使用核心层的函数,它可以重载之。举个例子:
    [cpp] view plain copy
    1. return_type core_funca(xxx_device * bottom_dev, param1_type param1, param1_type param2)  
    2. {  
    3.     if (bottom_dev->funca)  
    4.     return bottom_dev->funca(param1, param2);  
    5.     /* 核心层通用的funca代码 */  
    6.     ...  
    7. }  
    上述core_funca的实现中,会检查底层设备是否重载了funca(),如果重载了,就调用底层的代码,否则,直接使用通用层的。这样做的好处是,核心层的代码可以处理绝大多数该类设备的funca()对应的功能,只有少数特殊设备需要重新实现funca()
    再看一个例子:
    [cpp] view plain copy
    1. return_type core_funca(xxx_device * bottom_dev, param1_type param1, param1_type param2)  
    2. {  
    3.     /*通用的步骤代码A */  
    4.     ...  
    5.     bottom_dev->funca_ops1();  
    6.     /*通用的步骤代码B */  
    7.     ...  
    8.     bottom_dev->funca_ops2();  
    9.     /*通用的步骤代码C */  
    10.     ...  
    11.     bottom_dev->funca_ops3();  
    12. }  
    上述代码假定为了实现funca(),对于同类设备而言,操作流程一致,都要经过通用代码A、底层ops1、通用代码B、底层ops2、通用代码C、底层ops3”这几步,分层设计明显带来的好处是,对于通用代码ABC,具体的底层驱动不需要再实现,而仅仅只关心其底层的操作ops1ops2ops3。图1明确反映了设备驱动的核心层与具体设备驱动的关系,实际上,这种分层可能只有2层(图1a),也可能是多层的(图1b信盈达嵌入式要领吧五六领悟四五吧
    这样的分层化设计在LinuxinputRTCMTDI2 CSPITTYUSB等诸多设备驱动类型中屡见不鲜。
    二、主机驱动和外设驱动分离思想
    主机、外设驱动分离的意义
    Linux设备驱动框架的设计中,除了有分层设计实现以外,还有分隔的思想。举一个简单的例子,假设我们要通过SPI总线访问某外设,在这个访问过程中,要通过操作CPU XXX上的SPI控制器的寄存器来达到访问SPI外设YYY的目的,最简单的方法是:
    [cpp] view plain copy
    1. return_type xxx_write_spi_yyy(...)  
    2. {  
    3.     xxx_write_spi_host_ctrl_reg(ctrl);  
    4.     xxx_ write_spi_host_data_reg(buf);  
    5.     while(!(xxx_spi_host_status_reg()&SPI_DATA_TRANSFER_DONE));  
    6.     ...  
    7. }  
    如果按照这种方式来设计驱动,结果是对于任何一个SPI外设来讲,它的驱动代码都是CPU相关的。也就是说,当然用在CPU XXX上的时候,它访问XXXSPI主机控制寄存器,当用在XXX1的时候,它访问XXX1SPI主机控制寄存器:
    [cpp] view plain copy
    1. return_type xxx1_write_spi_yyy(...)  
    2. {  
    3.     xxx1_write_spi_host_ctrl_reg(ctrl);  
    4.     xxx1_ write_spi_host_data_reg(buf);  
    5.     while(!(xxx1_spi_host_status_reg()&SPI_DATA_TRANSFER_DONE));  
    6.     ...  
    7. }  
    这显然是不能接受的,因为这意味着外设YYY用在不同的CPU XXXXXX1上的时候需要不同的驱动。那么,我们可以用如图的思想对主机控制器驱动和外设驱动进行分离。这样的结构是,外设abc的驱动与主机控制器ABC的驱动不相关,主机控制器驱动不关心外设,而外设驱动也不关心主机,外设只是访问核心层的通用的API进行数据传输,主机和外设之间可以进行任意的组合。
    file:///C:\Users\郭晓娟\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps8A73.tmp.png
    如果我们不进行上图的主机和外设分离,外设abc和主机ABC进行组合的时候,需要9个不同的驱动。设想一共有m个主机控制器,n个外设,分离的结果是需要m+n个驱动,不分离则需要m*n个驱动。
    Linux SPII2CUSBASoCALSA SoC)等子系统都典型地利用了这种分离的设计思想。

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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2017-11-4 22:06:50 |显示全部楼层
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