device和device driver是Linux驱动开发的基本概念。Linux kernel的思路很简单：驱动开发，就是要开发指定的软件（driver）以驱动指定的设备，所以kernel就为设备和驱动它的driver定义了两个数据结构，分别是device和device_driver。

1. struct device

/*** struct device - The basic device structure* @parent:	The device's "parent" device, the device to which it is attached.* 		In most cases, a parent device is some sort of bus or host* 		controller. If parent is NULL, the device, is a top-level device,* 		which is not usually what you want.* @p:		Holds the private data of the driver core portions of the device.* 		See the comment of the struct device_private for detail.* @kobj:	A top-level, abstract class from which other classes are derived.* @init_name:	Initial name of the device.* @type:	The type of device.* 		This identifies the device type and carries type-specific* 		information.* @mutex:	Mutex to synchronize calls to its driver.* @bus:	Type of bus device is on.* @driver:	Which driver has allocated this* @platform_data: Platform data specific to the device.* 		Example: For devices on custom boards, as typical of embedded* 		and SOC based hardware, Linux often uses platform_data to point* 		to board-specific structures describing devices and how they* 		are wired.  That can include what ports are available, chip* 		variants, which GPIO pins act in what additional roles, and so* 		on.  This shrinks the "Board Support Packages" (BSPs) and* 		minimizes board-specific #ifdefs in drivers.* @driver_data: Private pointer for driver specific info.* @power:	For device power management.* 		See Documentation/power/devices.txt for details.* @pm_domain:	Provide callbacks that are executed during system suspend,* 		hibernation, system resume and during runtime PM transitions* 		along with subsystem-level and driver-level callbacks.* @pins:	For device pin management.*		See Documentation/pinctrl.txt for details.* @msi_list:	Hosts MSI descriptors* @msi_domain: The generic MSI domain this device is using.* @numa_node:	NUMA node this device is close to.* @dma_mask:	Dma mask (if dma'ble device).* @coherent_dma_mask: Like dma_mask, but for alloc_coherent mapping as not all* 		hardware supports 64-bit addresses for consistent allocations* 		such descriptors.* @dma_pfn_offset: offset of DMA memory range relatively of RAM* @dma_parms:	A low level driver may set these to teach IOMMU code about* 		segment limitations.* @dma_pools:	Dma pools (if dma'ble device).* @dma_mem:	Internal for coherent mem override.* @cma_area:	Contiguous memory area for dma allocations* @archdata:	For arch-specific additions.* @of_node:	Associated device tree node.* @fwnode:	Associated device node supplied by platform firmware.* @devt:	For creating the sysfs "dev".* @id:		device instance* @devres_lock: Spinlock to protect the resource of the device.* @devres_head: The resources list of the device.* @knode_class: The node used to add the device to the class list.* @class:	The class of the device.* @groups:	Optional attribute groups.* @release:	Callback to free the device after all references have* 		gone away. This should be set by the allocator of the* 		device (i.e. the bus driver that discovered the device).* @iommu_group: IOMMU group the device belongs to.* @iommu_fwspec: IOMMU-specific properties supplied by firmware.** @offline_disabled: If set, the device is permanently online.* @offline:	Set after successful invocation of bus type's .offline().** At the lowest level, every device in a Linux system is represented by an* instance of struct device. The device structure contains the information* that the device model core needs to model the system. Most subsystems,* however, track additional information about the devices they host. As a* result, it is rare for devices to be represented by bare device structures;* instead, that structure, like kobject structures, is usually embedded within* a higher-level representation of the device.*/
struct device {struct device		*parent;struct device_private	*p;struct kobject kobj;const char		*init_name; /* initial name of the device */const struct device_type *type;struct mutex		mutex;	/* mutex to synchronize calls to* its driver.*/struct bus_type	*bus;		/* type of bus device is on */struct device_driver *driver;	/* which driver has allocated thisdevice */void		*platform_data;	/* Platform specific data, devicecore doesn't touch it */void		*driver_data;	/* Driver data, set and get withdev_set/get_drvdata */struct dev_links_info	links;struct dev_pm_info	power;struct dev_pm_domain	*pm_domain;#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ_DOMAINstruct irq_domain	*msi_domain;
#endif
#ifdef CONFIG_PINCTRLstruct dev_pin_info	*pins;
#endif
#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQstruct list_head	msi_list;
#endif#ifdef CONFIG_NUMAint		numa_node;	/* NUMA node this device is close to */
#endifu64		*dma_mask;	/* dma mask (if dma'able device) */u64		coherent_dma_mask;/* Like dma_mask, but foralloc_coherent mappings asnot all hardware supports64 bit addresses for consistentallocations such descriptors. */unsigned long	dma_pfn_offset;struct device_dma_parameters *dma_parms;struct list_head	dma_pools;	/* dma pools (if dma'ble) */struct dma_coherent_mem	*dma_mem; /* internal for coherent memoverride */
#ifdef CONFIG_DMA_CMAstruct cma *cma_area;		/* contiguous memory area for dmaallocations */
#endif/* arch specific additions */struct dev_archdata	archdata;struct device_node	*of_node; /* associated device tree node */struct fwnode_handle	*fwnode; /* firmware device node */dev_t			devt;	/* dev_t, creates the sysfs "dev" */u32			id;	/* device instance */spinlock_t		devres_lock;struct list_head	devres_head;struct klist_node	knode_class;struct class		*class;const struct attribute_group **groups;	/* optional groups */void	(*release)(struct device *dev);struct iommu_group	*iommu_group;struct iommu_fwspec	*iommu_fwspec;bool			offline_disabled:1;bool			offline:1;
};

struct device 是 Linux 设备模型中用于描述设备的基础结构体，包含设备驱动程序中几乎所有的关键信息。这个结构体的每个成员都代表设备的不同属性或控制与管理功能。

主要成员变量

1. struct device *parent
   • 设备的父设备指针。大多数情况下，父设备是某种总线或控制器（如 PCI 控制器）。如果为 NULL，则表示该设备是顶层设备。
2. struct device_private *p
   • 保存设备私有数据的指针，用于设备模型核心管理设备的内部数据。通常开发者不直接操作这个字段。
3. struct kobject kobj
   • kobject 是 Linux 内核中的一种对象管理机制，kobj 用于在 /sys 文件系统中表示设备，通过它可以导出设备的属性到用户空间。
4. const char *init_name
   • 设备的初始名称，用于在注册时给设备指定名称。
   • 注1：在设备模型中，名称是一个非常重要的变量，任何注册到内核中的设备，都必须有一个合法的名称，可以在初始化时给出，也可以由内核根据“bus name + device ID”的方式创造。
5. const struct device_type *type
   • 设备类型指针，定义了设备的类型及其类型特定信息。
6. struct mutex mutex
   • 设备互斥锁，用于同步对该设备的操作，避免多个线程同时访问设备驱动的共享资源时引发冲突。
7. struct bus_type *bus
   • 指向设备所在的总线类型（如 PCI、I2C、SPI 等）的指针，用于描述设备属于哪个总线。这里要留意一下，后面会讲到平台总线
8. struct device_driver *driver
   • 指向分配该设备的驱动程序结构体的指针，表示当前哪个驱动程序在控制这个设备。
9. void *platform_data
   • 平台相关的数据指针。对于嵌入式或 SoC 硬件，platform_data 通常指向特定设备的硬件配置数据，例如可用的端口、芯片变体等。它帮助减少驱动程序中的板级特定代码。
10. void *driver_data
    • 驱动程序的私有数据，驱动可以通过 dev_set_drvdata() 和 dev_get_drvdata() 来设置和获取该字段。
11. struct dev_links_info links
    • 存储与设备之间的拓扑关系信息，如设备间的依赖性。
12. struct dev_pm_info power
    • 设备电源管理信息。包含电源状态、挂起、恢复等操作相关的字段，涉及设备的电源管理。
13. struct dev_pm_domain *pm_domain
    • 设备电源管理域的指针，定义系统挂起、休眠、恢复时需要执行的回调函数。
14. struct irq_domain *msi_domain
    • 当设备使用 Message Signaled Interrupts (MSI) 时，指向管理设备 MSI 中断的域。
15. struct dev_pin_info *pins
    • 引脚管理信息，设备在引脚控制方面的数据结构，用于 GPIO 和 pinctrl 子系统。
16. struct list_head msi_list
    • 保存设备的 MSI 描述符的链表头。
17. int numa_node
    • 设备所在的 NUMA（Non-Uniform Memory Access）节点。
18. u64 *dma_mask
    • DMA 掩码，用于描述设备支持的 DMA 地址范围。设备使用 DMA 时，用来表示设备能够访问的物理内存地址空间的最大范围。
19. u64 coherent_dma_mask
    • 与 dma_mask 类似，但专门用于一致性内存的 DMA 掩码。
20. unsigned long dma_pfn_offset
    • DMA 内存与物理内存之间的偏移量。
21. struct device_dma_parameters *dma_parms
    • DMA 参数，低层驱动可以通过它告知 IOMMU 关于段限制等特性。
22. struct list_head dma_pools
    • 设备的 DMA 池列表头，表示设备的 DMA 内存池。
23. struct dma_coherent_mem *dma_mem
24. • 用于管理一致性 DMA 内存的内部数据结构。
25. struct cma *cma_area
    • 用于 DMA 分配的连续内存区域指针。
26. struct dev_archdata archdata
    • 设备的体系结构特定数据。不同平台可以利用这个字段扩展额外的体系结构相关的信息。
27. struct device_node *of_node
    • 指向与设备相关的设备树节点。对于使用设备树的系统，of_node 记录设备在设备树中的描述信息。
28. struct fwnode_handle *fwnode
    • 设备的固件节点，通常用于指向 ACPI 或设备树中的设备描述。
29. dev_t devt
    • 设备的 dev_t 类型，设备号，表示设备的主设备号和次设备号，用于创建设备节点。
30. u32 id
    • 设备实例 ID，用于标识同类设备的不同实例。
31. spinlock_t devres_lock
    • 设备资源锁，用于保护设备的资源列表。
32. struct list_head devres_head
    • 设备资源链表头，记录与设备相关的资源（如内存、I/O 端口等）。
33. struct klist_node knode_class
    • 用于将设备添加到设备类链表中的节点。
34. struct class *class
    • 设备的类，用于分类设备（如输入设备、网络设备等）。设备类定义设备的行为及其属性。
35. const struct attribute_group **groups
    • 可选的属性组，用于定义设备在 /sys 文件系统中暴露的额外属性。
36. void (*release)(struct device *dev)
    • 设备的释放回调函数，当所有对设备的引用都释放后，调用该函数释放设备占用的资源。
37. struct iommu_group *iommu_group
    • 设备所属的 IOMMU 组指针。IOMMU 组用于管理设备之间的内存隔离。
38. struct iommu_fwspec *iommu_fwspec
    • 由固件提供的 IOMMU 特定属性。

状态标志位

38. bool offline_disabled:1
    • 标志位，指示设备是否永久在线，如果设置为 true，设备无法进入离线状态。
39. bool offline:1
    • 标志位，指示设备是否离线。

---

struct device 是 Linux 设备模型中非常重要的结构体，负责设备的管理与控制。它包含了设备在总线上的位置信息、与驱动程序的关联、DMA 信息、电源管理、IOMMU 等多种设备相关的属性。在实际使用时，struct device 通常是被嵌入到更高级的设备结构中，用于表示具体的硬件设备，比如平台platfrom_device结构体中。其实这些成员内核开发者也给了详细的注解。

2. struct device_driver

/*** struct device_driver - The basic device driver structure* @name:	Name of the device driver.* @bus:	The bus which the device of this driver belongs to.* @owner:	The module owner.* @mod_name:	Used for built-in modules.* @suppress_bind_attrs: Disables bind/unbind via sysfs.* @probe_type:	Type of the probe (synchronous or asynchronous) to use.* @of_match_table: The open firmware table.* @acpi_match_table: The ACPI match table.* @probe:	Called to query the existence of a specific device,*		whether this driver can work with it, and bind the driver*		to a specific device.* @remove:	Called when the device is removed from the system to*		unbind a device from this driver.* @shutdown:	Called at shut-down time to quiesce the device.* @suspend:	Called to put the device to sleep mode. Usually to a*		low power state.* @resume:	Called to bring a device from sleep mode.* @groups:	Default attributes that get created by the driver core*		automatically.* @pm:		Power management operations of the device which matched*		this driver.* @p:		Driver core's private data, no one other than the driver*		core can touch this.** The device driver-model tracks all of the drivers known to the system.* The main reason for this tracking is to enable the driver core to match* up drivers with new devices. Once drivers are known objects within the* system, however, a number of other things become possible. Device drivers* can export information and configuration variables that are independent* of any specific device.*/
struct device_driver {const char		*name;struct bus_type		*bus;struct module		*owner;const char		*mod_name;	/* used for built-in modules */bool suppress_bind_attrs;	/* disables bind/unbind via sysfs */enum probe_type probe_type;const struct of_device_id	*of_match_table;const struct acpi_device_id	*acpi_match_table;int (*probe) (struct device *dev);int (*remove) (struct device *dev);void (*shutdown) (struct device *dev);int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);int (*resume) (struct device *dev);const struct attribute_group **groups;const struct dev_pm_ops *pm;struct driver_private *p;
};

struct device_driver 是 Linux 内核中用于描述设备驱动程序的基本结构体，它用于表示设备驱动的属性和操作。该结构体负责跟踪系统中已知的所有驱动程序，并为新设备和驱动程序之间进行匹配提供基础。

主要成员变量

1. const char *name
   • 驱动程序的名称。在设备和驱动之间进行匹配时，设备的名称和驱动的名称会进行比较。
2. struct bus_type *bus
   • 驱动程序所依附的总线类型。每个驱动程序都属于某个总线类型，例如 PCI、I2C、SPI 等。
3. struct module *owner
   • 模块的所有者，指向实现该驱动的模块（内核模块）结构体。它确保驱动所在模块在使用期间不会被卸载。
4. const char *mod_name
   • 模块的名称。对于内建模块（built-in modules），这个字段用于指明模块的名字。
5. bool suppress_bind_attrs
   • 控制是否通过 sysfs 禁止手动绑定/解绑设备。如果设置为 true，则无法通过 /sys 文件系统中的 bind 和 unbind 文件手动进行设备和驱动的绑定/解绑。
6. enum probe_type probe_type
   • 控制驱动程序的 probe 操作的类型，可以是同步的（synchronous）或异步的（asynchronous）。它决定了驱动程序在处理设备时，probe 函数是阻塞执行还是非阻塞执行。
7. const struct of_device_id *of_match_table
   • 用于设备树（Device Tree）的匹配表。驱动程序可以通过该表与设备树中的设备节点进行匹配。
8. const struct acpi_device_id *acpi_match_table
   • 用于 ACPI（高级配置与电源接口）的匹配表。驱动程序通过该表与系统的 ACPI 表进行匹配，从而识别设备。

驱动操作接口

9. **int (*probe)(struct device *dev)**** **
   • probe 函数用于在设备检测到时调用，它用于检查该驱动是否可以支持指定的设备，并在可以支持时绑定设备和驱动。返回 0 表示成功，非零表示失败。
   • 所谓的"probe”，是指在Linux内核中，如果存在相同名称的device和device_driver（注：还存在其它方式），内核就会执行device_driver中的probe回调函数，而该函数就是所有driver的入口，可以执行诸如硬件设备初始化、字符设备注册、设备文件操作ops注册等动作。
   • 这里先不讲，在bus中再提
10. int (*remove)(struct device *dev)
    • 当设备被从系统中移除时调用，用于解除设备与驱动的绑定并释放相关资源。通常在卸载设备时调用。
11. void (*shutdown)(struct device *dev)
    • 系统关闭时调用，用于关闭设备并确保其处于安静状态。这通常在系统关机或重启时调用。
12. int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state)
    • 将设备挂起（进入低功耗模式）时调用。挂起操作通常在设备空闲或系统进入休眠模式时触发。
13. int (*resume)(struct device *dev)
    • 将设备从挂起状态恢复到正常运行状态时调用，通常在系统恢复时或设备被再次使用时调用。

其他成员

14. const struct attribute_group **groups
    • 驱动程序导出的默认属性组。内核会自动创建这些属性组，使驱动程序可以将配置或状态信息通过 /sys 文件系统提供给用户空间。
15. const struct dev_pm_ops *pm
    • 设备电源管理操作的指针。通过该指针，驱动程序可以定义设备的电源管理操作（如挂起、恢复、系统睡眠等）。
16. struct driver_private *p
    • 驱动程序核心的私有数据字段。只有驱动程序核心可以访问该字段，通常开发者不需要直接使用这个字段。

---

struct device_driver 是 Linux 驱动模型中用于描述设备驱动程序的核心结构体，它定义了驱动程序的各种操作接口（如 probe、remove、shutdown、suspend、resume 等），并包含了一些驱动程序的元数据（如名称、所属总线类型、匹配表等）。通过这个结构体，驱动程序可以被内核识别，并通过合适的接口与设备进行绑定、控制和管理。

3. 驱动开发的基本步骤

设备模型框架下，设备驱动的开发是一件很简单的事情，主要包括2个步骤：

步骤1：分配一个struct device类型的变量，填充必要的信息后，把它注册到内核中。

步骤2：分配一个struct device_driver类型的变量，填充必要的信息后，把它注册到内核中。

完成这两步，内核会在何时的时机对他们进行匹配，当然匹配的前提是这两个结构体中的name是相同的（同一bus的情况下）

但是，一般情况下，Linux驱动开发很少直接使用device和device_driver，因为内核在它们之上又封装了一层，如soc device、platform device等等，而这些层次提供的接口更为简单、易用（也正是因为这个原因，并不会过多涉及device、device_driver等模块的实现细节）。

就比如platform device，很多情况下不需要我们自己去填充，只需要在设备树（后续会讲）中去定义好设备的相关信息（寄存器？中断资源？引脚？），平台就会自己帮我们注册号platform device。而platform其实依靠的也是bus总线，关于总线和平台设备具体的会另开文章讲解。