当一个设备或驱动程序被添加到链表中时，就会触发总线的匹配函数。那么，你深入研究过内核总线吗？在本文中，我们将深入讨论内核中的总线，主要涉及以下几个问题：如何在内核中部署总线。设备和驱动程序如何安装在总线上。设备及其对应的驱动程序如何通过总线进行匹配。1.总线部署我们从函数start_kernel来分析总线部署。其实在调用start_kernel函数之前，会有汇编代码处理启动参数、启动模式、创建内核空间页表、准备栈等，由于这些和总线部署关系不大，所以暂且start_kernel被认为是内核的主要功能。start_kernel内部调用rest_init，rest_init函数内部创建内核线程kernel_init，kernel_init有如下函数调用过程：kernel_init-->do_basic_setup->driver_init-->buses_init和platform_bus_init其中buses_init和platform_bus_init是总线的部署函数，而也是本节的重点，buss_init必须在platform_bus_init之前调用。因为Platform总线是挂载在bus总线下面的，所以我们来详细分析一下这两个过程。buss_init内核中的所有对象，比如bus，都是kobject，相同类型的kobject组合起来形成一个kset，函数内部使用bus_kset=kset_create_and_add("bus",&bus_uevent_ops,NULL)来注册busbuss_init总线对应的kset，最后的bus_kset如下图1所示：图1bus_kset结构体为bus_kset准备好了，我们继续看其他类型的总线是如何关联到总线上的。platform_bus_init这个函数主要完成两个功能，其作用如下：structbus_typeplatform_bus_type={.name="platform",.dev_attrs=platform_dev_attrs,.match=platform_match,.uevent=platform_uevent,.pm=&platform_dev_pm_ops,};EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_bus_type);int__initplatform_bus_init(void){int错误；early_platform_cleanup();error=device_register(&platform_bus);如果（错误）返回错误；error=bus_register(&platform_bus_type);device_register用于注册设备并将其添加到系统中。最后会在/sys/devices/目录下创建一个对应平台目录的设备对象，其路径为/sys/devices/platform/。bus_register是将Platform总线注册到系统中。实际上，内部创建了相应的kset和kobject，主要完成以下三个工作：初始化必要的结构体，structsubsys_private和相应的kobkect。建立与总线的关系，设置kobject.parent为上一步创建的bus_kset.kobj，kobject.kset设置为bus_kset，对应的kobject.ktype设置为bus_ktype。将对应的kobjet添加到对应kset的链表中。对于总线，它被添加到bus_kset中的链表中。下面是bus_register函数的实现（创建失败退出时删除freememory的操作），为了方便大家，我在代码中加了注释：/***bus_register-向系统注册一个总线。*@bus:公共汽车。**一旦我们有了它，我们就用kobject*基础设施注册总线，然后注册它拥有的子子系统：*属于总线的设备和驱动程序。*/intbus_register(structbus_type*bus){intretval;//步骤：创建并分配，初始化structsubsys_private结构体指针structsubsys_private*priv;priv=kzalloc(sizeof(structsubsys_private),GFP_KERNEL);如果(!priv)返回-ENOMEM；私有->总线=总线；总线->p=priv；BLOCKING_INIT_NOTIFIER_HEAD(&priv->bus_notifier);retval=kobject_set_name(&priv->subsys.kobj,"%s",bus->name);if(retval)gotoout;//step2:同上当创建的bus_kset与//kset_register关联时，会设置对应的priv->subsys。kobject->parent=bus_kset.kobjpriv->subsys.kobj.kset=bus_kset;priv->subsys.kobj.ktype=&bus_ktype;priv->drivers_autoprobe=1;retval=kset_register(&priv->subsys);//如果（retval）gotoout，一个将被添加到bus_kset列表中；//step3:创建对应的属性文件retval=bus_create_file(bus,&bus_attr_uevent);如果（retval）转到bus_uevent_fail；priv->devices_kset=kset_create_and_add("设备",NULL,&priv->subsys.kobj);如果(!priv->devices_kset){retval=-ENOMEM;转到bus_devices_fail；}priv->drivers_kset=kset_create_and_add("drivers",NULL,&priv->subsys.kobj);if(!priv->drivers_kset){retval=-ENOMEM;转到bus_drivers_fail；}//step4:初始化两个重要的链表，在后面的内容中会提到klist_init(&priv->klist_drivers,空，空）；//step5:添加探测文件retval=add_probe_files(bus);如果（retval）转到bus_probe_files_fail；retval=bus_add_attrs（总线）；如果（retval）转到bus_attrs_fail；pr_debug("bus:'%s':registered\n",bus->name);返回0；...返回retval;}EXPORT_SYMBOL_GPL(bus_register);对于其他总线（如IIC等），也是通过bus_register进行注册的，如bus_register(&i2c_bus_type)和bus_register(&mmc_bus_type)等，原理同上，就不一一介绍了在这里。通过上面的分析，我们知道了总线总线，总线总线下挂载了其他总线。总线部署完成后，相应的总线下方会挂载不同的设备。对于SPI、IIC等设备，都可以挂载在相应的总线上，与CPU进行数据交互。但是在嵌入式系统中，有些设备并不属于这些公共总线，因此引入了虚拟Platform总线。本节使用虚拟平台总线来说明总线部署。2.设备和驱动的挂载我们还是用Platform总线来说明设备和驱动的挂载。设备挂载对于Platform总线，可以通过函数platform_device_register（有的地方叫注册）挂载设备，也可以通过设备树挂载。内核启动时，会分析设备树。本文不涉及设备树，主要介绍platform_device_register的方式。函数原型如下：intplatform_device_register(structplatform_device*pdev){device_initialize(&pdev->dev);returnplatform_device_add(pdev);}函数执行过程中有如下调用关系：platform_device_add---->setstructplatform_device中的总线类型等参数--->device_add--->bus_add_device---->klist_add_tail这个调用过程省略了一些属性和节点的处理。我的重点是函数klist_add_tail，就是把当前的设备添加到platform_bus中的一个链表中。这个链表在部署平台总线时被初始化。它的初始化函数是函数bus_register中的step4。可以参考上一节查看。驱动挂载对于平台总线，设备可以通过函数platform_driver_register挂载（有时称为注册）。函数原型如下：intplatform_driver_register(structplatform_driver*drv){drv->driver.bus=&platform_bus_type;如果(drv->probe)drv->driver.probe=platform_drv_probe;如果(drv->remove)drv->driver.remove=platform_drv_remove;如果(drv->shutdown)drv->driver.shutdown=platform_drv_shutdown;returndriver_register(&drv->driver);}EXPORT_SYMBOL_GPL(platform_driver_register);函数执行过程中有如下调用关系：driver_register--->设置相应参数等---->driver_find--->bus_add_driver---->klist_add_tail有一个附加函数driver_find调用比较到设备安装。该函数的主要作用是判断驱动是否已经挂载，其余处理方法同设备挂载。最重要的还是klist_add_tail，它将驱动添加到platform_bus中的一个链表中。其他类型的总线设备和驱动一样，也是有两个链表，设备和驱动挂载在对应的链表中。3、设备与驱动的匹配从2节我们知道Platform总线下有两个链表。我使用下图来可视化这两个链表。图中左侧的设备链表只显示了3个设备。其实会有很多，图中右侧是驱动器列表。不管是左边的device还是右边的driver，都有一个name字段（一般是compatible），这是一个很重要的字段，我们后面会用到。图2Platform总线的两个链表对于匹配问题，我还是用Platform总线来说明。我们已经知道在挂载驱动的时候会调用函数bus_add_driver，而函数kernel实际上会调用一个函数driver_attach（用于设置drivers_autoprobe的情况），下面是函数driver_attach的调用：driver_attach--->bus_for_each_dev(drv->bus,NULL,drv,__driver_attach)--->klist_iter_init_node(&bus->p->klist_devices,&i,(start?&start->p->knode_bus:NULL));while((dev=next_device(&i))&&!error)error=fn(dev,data);--->driver_match_device--->drv->bus->match--->platform_match从上面的代码流程可以看出，驱动挂载时，会遍历图2左边的链表，最后调用Platform总线的匹配函数platform_match（匹配函数在structbus_typeplatform_bus_type中设置，部署在总线上的时间阶段调用platform_bus_init来设置）匹配设备和驱动。每条总线都会有自己的匹配函数，匹配函数会通过多种方式进行匹配，比如常见的compitable、name或者id_table，只要能匹配到一个就认为驱动和设备匹配成功。小结本文主要通过Platform来讲解内核中的总线部署，设备和驱动的挂载，以及设备和驱动的匹配。其实其他公交车也是用同样的方法。在我的描述过程中，重点是总线，忽略了一些sysfs节点、引用计数、kobject、kset等，但这些也是内核架构中比较重要的环节。希望大家在了解了总线架构之后，也能有时间深入了解内核总线的各种处理细节。特别说明：不同的内核，可能用到的功能，或者功能的实现与文中介绍的有所不同，但是它们的原理和架构是相同的，可以作为参考。作者介绍社区编辑赵庆尧，从事驱动开发多年。他的研究兴趣包括安全操作系统和网络安全，并发表了与网络相关的专利。
