一、問題提出

i2c的設備樹和驅動是如何匹配以及何時調用probe的？粉絲手里的I2C外設是ov5640，一個攝像頭。

二、問題分析

設備樹信息如下：

?ov5640:?ov5640@3c?{
??compatible?=?"ovti,ov5640";?
??reg?=?<0x3c>;
??pinctrl-names?=?"default";
??pinctrl-0?=?<&pinctrl_csi1
?????????????????????????????&csi_pwn_rst>;
??clocks?=?<&clks?IMX6UL_CLK_CSI>;
??clock-names?=?"csi_mclk";
??pwn-gpios?=?<&gpio1?4?1>;
??rst-gpios?=?<&gpio1?2?0>;
??csi_id?=?<0>;
??mclk?=?<24000000>;
??mclk_source?=?<0>;
??status?=?"okay";
??port?{
???ov5640_ep:?endpoint?{
????remote-endpoint?=?<&csi1_ep>;
???};
??};
?};

驅動最重要的結構體如下：

要搞懂這個問題，我們需要有一些基礎知識：

1.內核如何維護i2c總線

Linux內核維護很多總線，platform、usb、i2c、spi、pci等等，這個總線的架構在內核中都支持的很完善，內核通過以下結構體來維護總線：

struct?bus_type?{
?const?char??*name;
?const?char??*dev_name;
?struct?device??*dev_root;
?struct?device_attribute?*dev_attrs;?/*?use?dev_groups?instead?*/
?const?struct?attribute_group?**bus_groups;
?const?struct?attribute_group?**dev_groups;
?const?struct?attribute_group?**drv_groups;

?int?(*match)(struct?device?*dev,?struct?device_driver?*drv);
?int?(*uevent)(struct?device?*dev,?struct?kobj_uevent_env?*env);
?int?(*probe)(struct?device?*dev);
?int?(*remove)(struct?device?*dev);
?void?(*shutdown)(struct?device?*dev);

?int?(*online)(struct?device?*dev);
?int?(*offline)(struct?device?*dev);

?int?(*suspend)(struct?device?*dev,?pm_message_t?state);
?int?(*resume)(struct?device?*dev);

?const?struct?dev_pm_ops?*pm;

?struct?iommu_ops?*iommu_ops;

?struct?subsys_private?*p;
?struct?lock_class_key?lock_key;
};

i2c對應總線結構體變量為i2c_bus_type，定義如下：

drivers/i2c/I2c-core.c?

struct?bus_type?i2c_bus_type?=?{
?.name??=?"i2c",
?.match??=?i2c_device_match,
?.probe??=?i2c_device_probe,
?.remove??=?i2c_device_remove,
?.shutdown?=?i2c_device_shutdown,
?.pm??=?&i2c_device_pm_ops,
};

其中：

1. i2c_device_match(),匹配總線維護的驅動鏈表和設備信息鏈表，如果其中名字完全相同，則返回true，否則false；
2. i2c_device_probe(),當我們注冊一個i2c_drive或者i2c_client結構體時，會從對應的鏈表中查找節(jié)點，并通過i2c_device_match函數(shù)比較，如果匹配成功，則調用i2c_drive中定義的probe函數(shù)，即ov5640的ov5640_probe()函數(shù)；
3. remove：如果卸載i2c_drive或者i2c_client結構體，會調用該函數(shù)卸載對應的資源；
4. shutdown、pm是電源管理的接口，在此不討論。

該結構體變量在函數(shù)i2c_init()中初始化：

static?int?__init?i2c_init(void)
{
?…………
?retval?=?bus_register(&i2c_bus_type);
?…………
}

i2c架構是通用架構，可支持多種不同的i2c控制器驅動。

2. i2c架構如何如何管理硬件信息和驅動？

不論哪一種總線，一定會維護兩個鏈表，一個是驅動鏈表，一個是硬件信息鏈表。鏈表如下：

i2c總線的兩個節(jié)點信息如下：

「struct i2c_driver」

struct?i2c_driver?{
?unsigned?int?class;

?/*?Notifies?the?driver?that?a?new?bus?has?appeared.?You?should?avoid
??*?using?this,?it?will?be?removed?in?a?near?future.
??*/
?int?(*attach_adapter)(struct?i2c_adapter?*)?__deprecated;

?/*?Standard?driver?model?interfaces?*/
?int?(*probe)(struct?i2c_client?*,?const?struct?i2c_device_id?*);
?int?(*remove)(struct?i2c_client?*);

?/*?driver?model?interfaces?that?don't?relate?to?enumeration??*/
?void?(*shutdown)(struct?i2c_client?*);
?int?(*suspend)(struct?i2c_client?*,?pm_message_t?mesg);
?int?(*resume)(struct?i2c_client?*);

?/*?Alert?callback,?for?example?for?the?SMBus?alert?protocol.
??*?The?format?and?meaning?of?the?data?value?depends?on?the?protocol.
??*?For?the?SMBus?alert?protocol,?there?is?a?single?bit?of?data?passed
??*?as?the?alert?response's?low?bit?("event?flag").
??*/
?void?(*alert)(struct?i2c_client?*,?unsigned?int?data);

?/*?a?ioctl?like?command?that?can?be?used?to?perform?specific?functions
??*?with?the?device.
??*/
?int?(*command)(struct?i2c_client?*client,?unsigned?int?cmd,?void?*arg);

?struct?device_driver?driver;
?const?struct?i2c_device_id?*id_table;

?/*?Device?detection?callback?for?automatic?device?creation?*/
?int?(*detect)(struct?i2c_client?*,?struct?i2c_board_info?*);
?const?unsigned?short?*address_list;
?struct?list_head?clients;
};

1. 當總線匹配驅動和硬件信息成功后就會調用其中的probe()函數(shù)；
2. struct device_driver driver，內核中注冊的驅動模塊，必須包含該類型的結構體成員。

「struct i2c_client」

3. i2c_driver和i2c_client

1) i2c_driver如何注冊

i2c_driver結構需要我們自己定義，然后通過函數(shù)i2c_register_driver()注冊，將該結構體變量注冊到i2c_driver鏈表，同時從i2c_client鏈表中查找是否有匹配的節(jié)點:

設備樹情況下，會比較i2c_drive->driver->of_match_table->compatible和i2c_client->name，對應例子中的of_ov5640_id：

非設備樹比較i2c_drive->id_table->name和i2c_client->name，對應例子中的ov5640_id：

代碼中并沒有直接調用函數(shù)i2c_register_driver()注冊，而是使用了下面的這個宏：該宏定義如下：

include/linux/I2c.h

該宏其實自動幫我生成了insmod和rmmod會用到宏module_init和module_exit，以及注冊和注銷i2c_driver結構體的代碼。

如果看不明白宏，可以編寫測試文件：test.c

#define?module_i2c_driver(__i2c_driver)?\
?module_driver(__i2c_driver,?i2c_add_driver,?\
???i2c_del_driver)
???
#define?module_driver(__driver,?__register,?__unregister,?...)?\
static?int?__init?__driver##_init(void)?\
{?\
?return?__register(&(__driver)?,?##__VA_ARGS__);?\
}?\
module_init(__driver##_init);?\
static?void?__exit?__driver##_exit(void)?\
{?\
?__unregister(&(__driver)?,?##__VA_ARGS__);?\
}?\
module_exit(__driver##_exit);

module_i2c_drive(ov5640_i2c_driver);

預編譯:

gcc?-E?test.c

得到宏替換后的結果：

static?int?__init?ov5640_i2c_driver_init(void)?
{
??return?i2c_add_driver(&(ov5640_i2c_driver));?
}?
module_init(ov5640_i2c_driver_init);?
static?void?__exit?ov5640_i2c_driver_exit(void)?
{
?i2c_del_driver(&(ov5640_i2c_driver));?
}?
module_exit(ov5640_i2c_driver_exit);;

內核中有大量的高效簡潔的宏定義，Linux內核就是個寶庫，里面有大量的優(yōu)秀的代碼，想提高自己的編程能力，就一定要多看代碼，代碼讀百遍，其義自見。

一口君認為，如果Linux代碼都看不太明白，就不要自稱精通C語言，充其量是會用C語言。

2）i2c_client如何生成(只討論有設備樹的情況)

在有設備樹的情況下，i2c_client的生成是要在控制器驅動adapter注冊情況下從設備樹中枚舉出來的。

i2c控制器有很多種，不同的廠家都會設計自己特有的i2c控制器，但是不論哪一個控制器，最終都會調用 i2c_register_adapter()注冊控制器驅動。

i2c_client生成流程如下：

三、 i2c的設備樹和驅動是如何匹配以及何時調用probe？

1. ?i2c的設備樹和驅動是如何match，何時調用probe？

從第二章第3節(jié)可知，驅動程序中 module_i2c_drive()這個宏其實最終是調用 i2c_add_driver(&(ov5640_i2c_driver));注冊ov5640_i2c_driver結構體；當我們insmod加載驅動模塊文件時，會調用i2c_add_driver()。

該函數(shù)定義如下：

#define?i2c_add_driver(driver)?\
?i2c_register_driver(THIS_MODULE,?driver)

下面我們來追蹤i2c_register_driver()這個函數(shù)：

其中drv->bus就是我們之前所說的i2c_bus_type，上圖中，分別調用了.match、.probe：

struct?bus_type?i2c_bus_type?=?{
?.name??=?"i2c",
?.match??=?i2c_device_match,
?.probe??=?i2c_device_probe,
?.remove??=?i2c_device_remove,
?.shutdown?=?i2c_device_shutdown,
?.pm??=?&i2c_device_pm_ops,
};

下面我們來追一追這兩個函數(shù)

2. i2c_device_match()

3. i2c_device_probe

如下圖所示，通過driver->probe()調用到我們定義的struct i2c_driver ov5640_i2c_driver結構體變量中的ov5640_probe()函數(shù)：

【注意】 內核代碼中大量使用到driver = to_i2c_driver(dev->driver);通過通用的結構體變量成員struct device_driver *driver來查找自己注冊的xx_driver地址。