📚 课程目录第2章 Linux设备模型基础

2. Linux 设备模型基础：总线、设备、驱动模型

Linux 内核从 2.6 版本开始引入了统一的设备驱动模型（Device Driver Model），旨在将系统中的硬件设备、驱动程序和通信总线抽象为三个核心对象，并通过内核对象（kobject）与 sysfs 文件系统将它们组织成层次化的拓扑结构。理解这一模型是掌握网关驱动加载流程的前提。

设备模型将硬件系统抽象为三个基本角色，它们之间的协作关系决定了驱动加载的完整路径：

角色	内核数据结构	职责描述
总线（Bus）	`struct bus_type`	定义设备与驱动之间的匹配规则（match 函数），管理挂载在该总线上的设备链表和驱动链表。
设备（Device）	`struct device`	代表一个物理或虚拟硬件实体，包含资源信息（如 I/O 地址、中断号、DMA 通道）以及指向所属总线的指针。
驱动（Driver）	`struct device_driver`	封装操作特定设备的代码逻辑，提供 probe（探测）、remove（移除）、suspend/resume（电源管理）等回调函数。

  关键机制：当系统注册一个新设备或新驱动时，总线会遍历其维护的链表，调用 match 函数进行配对。配对成功后，内核调用驱动的 probe 函数完成硬件初始化。

在嵌入式系统中，大量设备（如 CAN 控制器、GPIO、SPI/I2C 控制器）并不挂载在 PCI、USB 等可枚举总线上，而是直接集成在 SoC 内部，通过内存映射寄存器与 CPU 通信。为此，内核引入了 platform 总线（虚拟总线），用于管理这些“非可枚举”设备。

虚拟性：platform 总线不是一个物理硬件总线，而是内核软件抽象层，对应 struct bus_type platform_bus_type。
匹配方式：默认通过设备名称（name 字段）进行字符串匹配；在设备树使能的内核中，则通过设备树中的 compatible 属性匹配。
资源传递：platform 设备使用 struct resource 描述 I/O 内存、中断等硬件资源，驱动通过 platform_get_resource() 系列 API 获取。

platform 驱动模型在标准设备模型基础上扩展了两个专用结构体：

结构体	关键字段	说明
`struct platform_driver`	`probe`、`remove`、`driver.name`、`id_table`	继承 `struct device_driver`，增加 platform 特有的 probe/remove 回调。
`struct platform_device`	`name`、`id`、`num_resources`、`resource`	继承 `struct device`，携带硬件资源数组和设备编号。

实践要点：在设备树环境下，platform_device 由内核在解析设备树时动态创建，驱动开发者只需关注 platform_driver 的 probe 实现和 compatible 字符串的匹配。

在支持设备树（Device Tree）的 ARM/ARM64 或 RISC-V 平台上，platform_device 的创建不再由板级文件（board file）手动注册，而是由内核在启动阶段自动完成：

常见误区：不要将设备树中的“设备节点”与内核中的 struct device 混淆。设备树节点是硬件描述数据，内核设备对象是运行时数据结构。一个设备树节点可能对应多个内核设备（如通过 mfd 子设备拆分）。

结合上述概念，一个典型的 platform 驱动加载流程可归纳为以下步骤：

步骤	执行者	动作描述
1	内核启动	解析设备树，为每个 compatible 匹配的节点创建 `platform_device` 并添加到 platform 总线。
2	驱动模块加载	调用 `platform_driver_register()` 将驱动注册到 platform 总线。
3	platform 总线	遍历设备链表，调用 `match()` 函数（设备树模式下比对 compatible）。
4	内核核心	匹配成功后，调用驱动的 `probe()` 函数，传入匹配的 `platform_device` 指针。
5	驱动 probe	获取资源、注册中断、初始化硬件、注册字符设备或网络设备等。