4. Linux 驱动基础回顾：字符设备驱动框架、platform驱动、设备树匹配机制

在将驱动从 Linux 移植到 TrustZone 安全环境之前，必须牢固掌握 Linux 内核驱动的三大核心基础：字符设备驱动框架、platform 驱动模型以及设备树（Device Tree）匹配机制。这三者构成了 Linux 驱动与硬件解耦、动态匹配的基石，也是安全驱动移植中需要重新实现或适配的关键部分。

4.1 字符设备驱动框架

字符设备是 Linux 中最基本的设备类型，以字节流方式访问，典型代表包括串口、GPIO、I2C 控制器等。字符设备驱动的核心是 struct file_operations 结构体，它定义了用户空间通过系统调用（open、read、write、ioctl 等）访问设备的具体实现。

4.1.1 核心数据结构

4.1.2 字符设备注册流程

1. 分配设备号：使用 alloc_chrdev_region() 动态分配，或 register_chrdev_region() 静态指定。
2. 初始化 cdev：调用 cdev_init() 绑定 file_operations。
3. 添加设备：调用 cdev_add() 将设备注册到内核。
4. 创建设备节点：通过 device_create() 在 sysfs 中生成设备文件。

// 字符设备驱动典型框架代码
static int __init my_driver_init(void)
{
    dev_t dev_num;
    struct device *dev;

    // 1. 分配设备号
    alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1, "my_device");

    // 2. 初始化 cdev
    cdev_init(&my_cdev, &my_fops);
    my_cdev.owner = THIS_MODULE;

    // 3. 添加设备
    cdev_add(&my_cdev, dev_num, 1);

    // 4. 创建设备节点
    dev = device_create(my_class, NULL, dev_num, NULL, "my_device");

    return 0;
}
module_init(my_driver_init);

4.2 platform 驱动模型

platform 驱动是 Linux 内核中用于管理非即插即用设备（如 SoC 内部外设、中断控制器、GPIO 控制器）的虚拟总线模型。它通过 platform_driver 和 platform_device 的匹配机制，将驱动代码与硬件描述分离。

4.2.1 核心数据结构

4.2.2 匹配机制

platform 总线通过以下顺序匹配设备和驱动：

1. 名称匹配：比较 platform_driver.driver.name 与 platform_device.name。
2. ID 表匹配：通过 platform_driver.id_table（struct of_device_id 数组）进行设备树兼容性匹配。
3. ACPI 匹配：在支持 ACPI 的平台上使用 ACPI 表匹配。

// platform 驱动典型框架
static const struct of_device_id my_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-device", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_of_match);

static int my_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    void __iomem *base;

    // 获取 IO 内存资源
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);

    // 获取中断资源
    int irq = platform_get_irq(pdev, 0);

    return 0;
}

static struct platform_driver my_driver = {
    .probe  = my_probe,
    .remove = my_remove,
    .driver = {
        .name = "my_device",
        .of_match_table = my_of_match,
    },
};
module_platform_driver(my_driver);

4.3 设备树（Device Tree）匹配机制

设备树是一种描述硬件拓扑结构的数据结构，以 .dts 文件形式存在，编译为 .dtb 二进制文件后由 bootloader 传递给内核。设备树的核心作用是让内核无需硬编码硬件信息，通过解析树状节点自动发现设备。

4.3.1 设备树关键语法

4.3.2 匹配流程

当内核启动时，设备树解析流程如下：

1. Bootloader 加载 DTB：将设备树二进制文件放入内存，传递地址给内核。
2. 内核解析 DTB：调用 unflatten_device_tree() 将扁平设备树转换为树状结构。
3. 设备注册：遍历设备树节点，为每个 compatible 属性匹配的节点创建 platform_device。
4. 驱动匹配：platform 总线根据 of_match_table 查找匹配的驱动，调用 probe()。

// 设备树节点示例（.dts 文件）
/ {
    soc {
        my_device: my-device@10000000 {
            compatible = "vendor,my-device";
            reg = <0x10000000 0x1000>;
            interrupts = <0 31 4>;
            status = "okay";
        };
    };
};

// 驱动中对应的 of_match_table
static const struct of_device_id my_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-device", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_of_match);

4.4 三者的关系与移植映射

字符设备、platform 驱动、设备树三者协同工作，构成了 Linux 驱动从硬件描述到用户空间访问的完整链路。下表总结了它们在 Linux 中的角色以及在 TrustZone 环境中的移植映射：