Linux设备驱动程序学习（15） -Linux设备模型（热插拔、mdev 与 firmware）
时间：2011-03-27 来源：shenhaocn
热插拔
有 2 个不同角度来看待热插拔：
从内核角度看，热插拔是在硬件、内核和内核驱动之间的交互。
从用户角度看，热插拔是内核和用户空间之间，通过调用用户空间程序（如hotplug、udev 和 mdev）的交互。 当需要通知用户内核发生了某种热插拔事件时，内核才调用这个用户空间程序。
现在的计算机系统，要求 Linux 内核能够在硬件从系统中增删时，可靠稳定地运行。这就对设备驱动作者增加了压力，因为在他们必须处理一个毫无征兆地突然出现或消失的设备。
热插拔工具
当用户向系统添加或删除设备时，内核会产生一个热插拔事件，并在 /proc/sys/kernel/hotplug 文件里查找处理设备连接的用户空间程序。这个用户空间程序主要有
hotplug:这个程序是一个典型的 bash 脚本，只传递执行权给一系列位于 /etc/hot-plug.d/ 目录树的程序。hotplug 脚本搜索所有的有 .hotplug 后缀的可能对这个事件进行处理的程序并调用它们, 并传递给它们许多不同的已经被内核设置的环境变量。(基本已被淘汰，具体内容请参阅《LDD3》)
udev ：用于linux2.6.13或更高版本的内核上，为用户空间提供使用固定设备名的动态/dev目录的解决方案。它通过在 sysfs 的 /class/ 和/block/ 目录树中查找一个称为 dev 的文件，以确定所创建的设备节点文件的主次设备号。所以要使用udev，驱动必须为设备在sysfs中创建类接口及其dev属性文件，方法和sculld模块中创建dev属性相同。 udev的资料网上十分丰富，我就不在这废话了，给出以下链接有兴趣的自己研究：
《UDEV Primer》（英文），地址：http://webpages.charter.net/decibelshelp/LinuxHelp_UDEVPrimer.html
《udev规则编写》（luofuchong翻译），地址：http://www.cnitblog.com/luofuchong/archive/2007/12/18/37831.html
《什么是udev》地址：http://blog.csdn.net/steganography/archive/2006/04/10/657620.aspx
《udev-FAQ 中文翻译》地址：http://gnawux.bokee.com/3225765.html
《udev轻松上路》地址：http://www.blog.edu.cn/user1/3313/archives/2007/1635169.shtml
《Udev (简体中文)》地址：http://wiki.archlinux.org/index.php/Udev_(%E7%AE%80%E4%BD%93%E4%B8%AD%E6%96%87)
Udev官方主页：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/udev.html
下载地址：http://www.kernel.org/pub/linux/utils/kernel/hotplug/
在《LFS》中也有介绍udev的使用，很值得参考！下载地址：http://lfs.osuosl.org/lfs/downloads/stable/
mdev：一个简化版的udev，是busybox所带的程序，十分适合嵌入式系统。
因为hotplug现在也在被慢慢地淘汰，udev不再依赖hotplug了，所以这里不再介绍；
udev较mdev复杂，不太适合嵌入式使用。（本人也有做udev的实验，交叉编译是通过了，但是使用上有问题，没有实现其功能。也许是我的文件系统没做好，以后有时间再研究和写记录。有成功高人的通知一声，交流一下经验。^_^谢谢！）；
mdev简单易用，比较适合嵌入式系统，实验成功。以下详细介绍mdev的使用。
mdev
在一开始建立根文件系统时，我根据 WeiBing 的博客上《UDEV on embeded Linux-2.6.19.2》（地址：http://weibing.blogbus.com/logs/4485453.html）这篇文章的提示，开始使用mdev，但是当时只是启动时mdev -s 一下，并没有深究。现在在学习了Linux设备模型之后，对于Linux中/dev目录的动态管理有了更深的认识，并认真的看了一下busybox中的mdev.txt文档并翻译了一下，做成了PDF（下载地址：http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080111091002.pdf），在看下面的内容时请先看看这篇文档。
先声明一个要点：要实现设备节点文件的自动、动态的增删，必须在你自己的驱动源码中实现 类 接口，并在类设备的目录中添加包含设备号的名为“dev”的属性文件。
mdev原理及bug
要使用mdev，适当知道一下原理是必不可少的（能完整地研究mdev源码是最好的）。说实话起初我并没有想看mdev的源码，是在使用时发现了问题后才去研究了一下mdev的源码。现在简单介绍一下mdev的原理：
执行mdev -s ：以‘-s’为参数调用位于 /sbin目录写的mdev（其实是个链接，作用是传递参数给/bin目录下的busybox程序并调用它），mdev扫描 /sys/class 和 /sys/block 中所有的类设备目录，如果在目录中含有名为“dev”的文件，且文件中包含的是设备号，则mdev就利用这些信息为这个设备在/dev 下创建设备节点文件。一般只在启动时才执行一次 “mdev -s”。
热插拔事件：由于启动时运行了命令：echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug ，那么当有热插拔事件产生时，内核就会调用位于 /sbin目录的mdev。这时mdev通过环境变量中的 ACTION 和 DEVPATH，来确定此次热插拔事件的动作以及影响了/sys中的那个目录。接着会看看这个目录中是否有“dev”的属性文件，如果有就利用这些信息为这个设备在/dev 下创建设备节点文件。
源码的bug（个人意见）：由于mdev是通过判断“dev”属性文件的路径字符串中的第6个字符是否为‘c’，来决定设备是字符设备还是块设备【type = (path[5] == 'c' ? S_IFCHR : S_IFBLK);例如path = "/sys/class/ldd/sculld*/"为字符设备，而/sys/devices/ldd0/sculld*/ 就会被误判为块设备】，那么如果你在非 /sys/class 和 /sys/block 目录下建立了“dev”属性文件且内容是设备号（像sculld中就这样做了），那么mdev也会在/dev 下创建设备节点文件。这样可能所创建的设备节点文件是错的。
以我实验为例，我以上一篇的文章中的sculld为基础，加上了类接口(这样在/sys/devices/ldd0/sculld*/和 /sys/class/ldd/sculld* 中都有内容为设备号的“dev”属性文件)。在运行时发现一直会将有的sculld*创建为块设备节点文件。郁闷死了，难道我的驱动有错？？？最后研究了mdev源码之后发现，只要在 /sys中建立了“dev”属性文件且内容是设备号，mdev就会以所在的目录为名在/dev 下创建设备节点文件。像sculld模块，mdev会为一个设备创建两次设备文件，由于文件名一样，第二次的文件会覆盖第一次的。如果第二次是因为/sys/devices/ldd0/sculld*/dev 产生的设备节点文件，那么设备节点文件就会被错误地创建为块设备。
我认为这个bug的解决办法有如下两种：
（1）在你写驱动的时候，只在/sys/class 和 /sys/block 中的类设备目录中存在包含设备号的“dev”属性文件。（你无法保证被人的驱动会这么做）
（2）修正mdev源码：
修改/busybox-1.9.0/util-linux/mdev.c文件的第328行：
if (!strcmp(action, "remove"))
make_device(temp, 1);
else if (!strcmp(action, "add")) {
if (env_path[2]=='l') make_device(temp,0); //tekkamanninja
if (ENABLE_FEATURE_MDEV_LOAD_FIRMWARE)
load_firmware(getenv("FIRMWARE"), temp);
}
也就是在增加设备节点文件之前检查/sys/目录下的路径是否为/class和/block（通过检查路径字符串的第3个字符是否为‘l’）。
本人推荐第二种做法！
mdev使用
mdev的使用在busybox中的mdev.txt文档已经将得很详细了。但作为例子，我简单讲讲我的使用过程：
（1）在编译时加上对mdev的支持（我是使用的是busybox1.9.0）：
Linux System Utilities --->
[*] mdev
[*] Support /etc/mdev.conf
[*] Support command execution at device addition/removal
（2）在启动时加上使用mdev的命令：
我在自己创建的根文件系统（nfs）中的/linuxrc文件中添加了如下指令：
#挂载/sys为sysfs文件系统
echo "----------mount /sys as sysfs"
/bin/mount -t tmpfs mdev /dev
/bin/mount -t sysfs sysfs /sys
echo "----------Starting mdev......"
/bin/echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
注意：是/bin/echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug，并非/bin/echo /bin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug。busybox的文档有错！！
（3）在你的驱动中加上对类设备接口的支持，并在类设备目录下添加包含设备号的名为“dev”的属性文件。
（4）至于/etc/mdev.conf文件，可有可无，不影响使用，只是添加了些功能。
为了实验我在/etc创建了mdev.conf文件并输入了：
sculld[0-1] 0:0 666 * echo tekkaman > /tmp/mdev
这样，在挂载和卸载sculld.ko时，在/tmp/下会出现mdev文件，里面字符为tekkaman
具体的实验源码和现象在文章后面有。
firmware
硬件市场的激烈竞争, 使得制造商连一点用于设备控制固件的 EEPROM 的成本都不愿意花费。因此固件一般发布在和硬件配套的驱动包中，由操作系统（其实是驱动程序）负责传送固件到设备。
内核固件接口
获取固件的正确方法是当需要时从用户空间获取它。一定不要试图从内核空间直接打开包含固件的文件，那是一个易出错的操作, 因为它把策略(以文件名的形式)包含进了内核。正确的方法是使用固件接口:
#include <linux/firmware.h>
int request_firmware(const struct firmware **fw,
const char *name, /* name 为固件文件名*/
struct device *device);
/*要求用户空间定位并提供一个固件映象给内核；若成功加载, 返回值是 0(否则返回错误码)*/
/*因为 request_firmware 需要用户空间的操作, 所以返回前将保持休眠。若驱动必须使用固件而不能进入休眠时,可使用以下异步函数:*/
int request_firmware_nowait(
struct module *module, /* = THIS_MODULE*/
int uevent,
const char *name,
struct device *device,
void *context,/*不由固件子系统使用的私有数据指针*/
void (*cont)(const struct firmware *fw, void *context));
/*如果一切正常，request_firmware_nowait 开始固件加载过程并返回 0. 过了一段时间后（默认10秒）,将用加载的结果(若加载失败, fw 为 NULL)作为参数调用 cont。*/
/* fw 参数指向以下结构体:*/
struct firmware {
size_t size;
u8 *data;
};
/*那个结构包含实际的固件, 它现在可被下载到设备中.但是请注意：在发送它到硬件之前，必须检查这个文件以确保它是正确的固件映象（设备固件常常包含标识字符串、 校验和等等）*/
/*当固件已经发送到设备后，应当释放 firmware 结构体, 使用:*/
void release_firmware(struct firmware *fw); 注意：要使用firmware，必须要在配置内核时选上：
Device Drivers --->
Generic Driver Options --->
<*> Userspace firmware loading support
否则会出现: Unknown symbol release_firmware 和: Unknown symbol request_firmware 的错误。
固件接口工作原理
固件子系统使用 sysfs 和热插拔机制工作。当调用 request_firmware时, 函数将在 /sys/class/firmware 下创建一个以设备名为目录名的新目录，其中包含 3 个属性:
loading ：这个属性应当被加载固件的用户空间进程设置为 1。当加载完毕, 它将被设为 0。被设为 -1 时，将中止固件加载。
data ：一个用来接收固件数据的二进制属性。在设置 loading 为1后, 用户空间进程将固件写入这个属性。
device ：一个链接到 /sys/devices 下相关入口项的符号链接。
一旦创建了 sysfs 入口项, 内核将为设备产生一个热插拔事件，并传递包括变量 FIRMWARE 的环境变量给处理热插拔的用户空间程序。FIRMWARE 被设置为提供给 request_firmware 的固件文件名。
用户空间程序定位固件文件, 并将其拷贝到内核提供的二进制属性；若无法定位文件, 用户空间程序设置 loading 属性为 -1。
若固件请求在 10 秒内没有被服务, 内核就放弃并返回一个失败状态给驱动。超时周期可通过 sysfs 属性 /sys/class/firmware/timeout 属性改变。
request_firmware 接口允许使用驱动发布设备固件。当正确地集成进热插拔机制后, 固件加载子系统允许设备不受干扰地工作。显然这是处理问题的最好方法，但固件受版权保护，小心违反版权法。
ARM9开发板实验
实验源码：http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080114113255.gz
实验现象：
[Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls -l /dev/sculld* ls: /dev/sculld*: No such file or directory [Tekkaman2440@SBC2440V4]#cat /tmp/mdev cat: can't open '/tmp/mdev': No such file or directory [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod /lib/modules/lddbus.ko Mount lddbus ok ! Bus device is ldd0 ! You can see me in sys/module/ , sys/devices/ , sys/class/ and sys/bus/ ! [Tekkaman2440@SBC2440V4]#insmod /lib/modules/sculld.ko [Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls -l /dev/sculld* crw-rw-rw- 1 root root 252, 0 Jan 1 00:00 /dev/sculld0 crw-rw-rw- 1 root root 252, 1 Jan 1 00:00 /dev/sculld1 crw-rw---- 1 root root 252, 2 Jan 1 00:00 /dev/sculld2 crw-rw---- 1 root root 252, 3 Jan 1 00:00 /dev/sculld3 [Tekkaman2440@SBC2440V4]#rmmod sculld The LDD class ldd_classdev_release : sculld0 release! The LDD class ldd_classdev_release : sculld1 release! The LDD class ldd_classdev_release : sculld2 release! The LDD class ldd_classdev_release : sculld3 release! [Tekkaman2440@SBC2440V4]#ls -l /dev/sculld* ls: /dev/sculld*: No such file or directory [Tekkaman2440@SBC2440V4]#cat /tmp/mdev tekkaman到此 Linux设备模型 的学习暂时告一段落。
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