3. 设备ID匹配基础

在Linux内核驱动模型中，驱动与设备的绑定依赖于设备ID的匹配机制。不同的总线与平台使用不同的设备描述结构体，其中struct device_id、struct of_device_id和struct acpi_device_id是三种最核心的匹配标识。理解它们的作用域、数据来源与匹配逻辑，是编写兼容性驱动的第一步。

3.1 三种设备ID结构体概览

下表从定义位置、匹配总线、数据来源和典型用途四个维度，对比三种结构体的核心差异：

3.2 struct device_id：传统总线数值匹配

struct device_id 是内核中最基础的设备标识结构，主要用于 PCI、USB、I2C、SPI 等传统枚举总线。其定义通常包含总线特定的匹配字段：

// 以 PCI 设备为例 (include/linux/mod_devicetable.h)
struct pci_device_id {
    __u32 vendor, device;      // 厂商ID和设备ID
    __u32 subvendor, subdevice; // 子系统厂商和设备ID
    __u32 class, class_mask;   // 设备类别与掩码
    unsigned long driver_data; // 驱动私有数据
};

// 以 I2C 设备为例
struct i2c_device_id {
    char name[I2C_NAME_SIZE];  // 设备名称字符串
    kernel_ulong_t driver_data;
};

匹配流程：总线核心在枚举设备时，读取硬件寄存器中的 Vendor ID、Device ID 等数值，然后遍历驱动注册的 id_table，进行精确或掩码匹配。

3.3 struct of_device_id：设备树字符串匹配

在 Device Tree 架构下，硬件描述不再依赖总线枚举，而是通过设备树源文件 (.dts) 中的节点属性定义。驱动使用 struct of_device_id 声明自己支持的 compatible 字符串：

// include/linux/of_device.h
struct of_device_id {
    char name[32];          // 设备名称（通常不用于匹配）
    char type[32];          // 设备类型（通常不用于匹配）
    char compatible[128];   // 兼容性字符串，核心匹配字段
    const void *data;       // 驱动私有数据指针
};

设备树节点示例：

// imx6ul.dtsi 中的 I2C 控制器节点
i2c1: i2c@021a0000 {
    compatible = "fsl,imx6ul-i2c", "fsl,imx21-i2c";
    reg = <0x021a0000 0x4000>;
    interrupts = <GIC_SPI 36 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clks IMX6UL_CLK_I2C1>;
    status = "disabled";
};

匹配规则：内核按照 compatible 属性中的字符串顺序，依次与驱动表中的 of_device_id 进行字符串精确匹配。匹配成功即停止，并使用该驱动的 probe 函数。

3.4 struct acpi_device_id：ACPI 命名空间匹配

在 x86 和部分 ARM64 平台上，ACPI 取代设备树成为硬件描述标准。驱动通过 struct acpi_device_id 声明支持的 ACPI 硬件ID：

// include/linux/acpi.h
struct acpi_device_id {
    __u8 id[ACPI_ID_LEN];   // ACPI _HID 字符串，固定9字节
    kernel_ulong_t driver_data;
    __u32 cls;
    __u32 cls_msk;
};

ACPI 命名规范：_HID 必须遵循 PNP ID 或 ACPI 厂商ID格式：

• PNP ID：3个大写字母 + 4个十六进制数字，例如 "PNP0C50" (HID 传感器集线器)
• ACPI 厂商ID：4个大写字母 + 4个十六进制数字，例如 "INT33F0" (Intel 智能音频)

匹配流程：ACPI 固件在启动时枚举 DSDT/SSDT 表中的设备，提取每个设备的 _HID 和 _CID。内核 ACPI 核心将设备ID与驱动注册的 acpi_device_id 表进行字符串匹配。

3.5 三种ID匹配机制的关系图

下面的SVG图展示了三种设备ID结构体在驱动匹配流程中的位置与关系：

3.6 驱动中同时使用多种ID表

现代内核驱动通常需要支持多种硬件描述方式。以下是一个同时支持设备树和传统平台匹配的驱动示例：

// drivers/iio/adc/ti-ads1015.c 简化示例
#include <linux/module.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/of_device.h>
#include <linux/acpi.h>

/* 传统 I2C 设备ID表 */
static const struct i2c_device_id ads1015_id[] = {
    { "ads1015", 0 },
    { "ads1115", 1 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(i2c, ads1015_id);

/* 设备树 compatible 表 */
static const struct of_device_id ads1015_of_match[] = {
    { .compatible = "ti,ads1015", .data = (void *)0 },
    { .compatible = "ti,ads1115", .data = (void *)1 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, ads1015_of_match);

/* ACPI 设备ID表 */
static const struct acpi_device_id ads1015_acpi_match[] = {
    { "TIADS1015", 0 },
    { "TIADS1115", 1 },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(acpi, ads1015_acpi_match);

/* I2C 驱动结构体 */
static struct i2c_driver ads1015_driver = {
    .driver = {
        .name = "ads1015",
        .of_match_table = ads1015_of_match,
        .acpi_match_table = ads1015_acpi_match,
    },
    .probe = ads1015_probe,
    .id_table = ads1015_id,
};

module_i2c_driver(ads1015_driver);

3.7 匹配优先级与内核实现

内核在调用驱动 probe 之前，按照以下优先级顺序尝试匹配：

1. 设备树匹配 (OF)：如果设备节点包含 compatible 属性，且驱动注册了 of_match_table，优先使用 of_device_id 匹配。
2. ACPI 匹配：如果设备由 ACPI 枚举，且驱动注册了 acpi_match_table，使用 acpi_device_id 匹配。
3. 传统ID表匹配：如果以上均不适用，回退到 id_table 进行数值或名称匹配。

内核源码中 driver_match_device() 函数实现了这一优先级逻辑：

// drivers/base/dd.c
int driver_match_device(struct device_driver *drv, struct device *dev)
{
    if (drv->bus->match) {
        return drv->bus->match(dev, drv);
    }
    return 1; // 默认匹配成功
}

// 以 platform_bus 为例的匹配实现
static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
    struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
    struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

    /* 1. 尝试 OF 匹配 */
    if (of_driver_match_device(dev, drv))
        return 1;

    /* 2. 尝试 ACPI 匹配 */
    if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
        return 1;

    /* 3. 尝试传统 ID 表匹配 */
    if (pdrv->id_table)
        return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

    /* 4. 尝试名称匹配 */
    return strcmp(pdev->name, drv->name) == 0;
}

3.8 总结与对比清单

掌握这三种设备ID结构体的作用与区别，是编写跨平台兼容驱动的基石。在实际开发中，建议驱动开发者同时提供 of_match_table 和 acpi_match_table，并保留传统的 id_table 作为回退，以覆盖最广泛的硬件平台。