linux4．3．2 块设备驱动简析 - 全文

最近比较闲，准备玩玩xilinx的SoC，但又由于预算不够，买不起ZedBoard，所以最后入手了Z-Turn这块板子。它是米尔科技设计的，板子整体是蛮漂亮的，就是软资源不足——不能很好地玩转啊，这是个硬伤。过年在家，闲的无聊，就准备研究一下以前 一直想了解的linux中块设备的驱动架构，好吧扯了很多废话，让我们进入正题吧。

z-turn这块板子上，系统可以从SPI flash或者TF卡中启动，我们来看一下它的uboot env中与从tf卡启动的相关的部分（此处省去不相关的东西）：root=/dev/mmcblk0p2。从此我们知道系统是从编号为0的块设备的part2区域去加载linux的根文件系统的，很多人可能理解为什么是编号为0的块设备，但可能会对为什么会是part2区域产生一定的疑惑。

对此，我是这样理解的：TF卡和电脑的硬盘一样，可以分成几个partions（C盘、D盘......）。在linux里面识别为 mmcblkxpy，其中x是mmc设备的编号，y是partion的编号。比如插入一块tf卡，识别为0号，就是mmcblk0。在本系统中具体分区如下图所示：

图1.1

可以看出TF卡分成了2个分区，第一个是fat32格式的文件系统分区，linux会识别为mmcblk0p1，第二个是ext4文件系统的分区，linux会识别为mmcblk0p2。一般来说没有特殊的软件支持，windows系统只识别第一个分区，不信话你可以吧TF通过读卡器，插到电脑上试试，是可以识别fat32的分区，也就是说，你是可以拷贝来更新uboot、linux等文件的。当然你如果使用专用的软件，你也可以去更新ext4文件系统，在本系统中ext4里面就是ubuntu。

好了，前戏结束了，让我们进一步跟进，开始讨论这个mmcblk0是怎么在内核中被注册。首先我们当然想到了函数（省去了具体代码）：
int register_blkdev(unsigned int major, const char *name)
{
1. 从全局变量数组major_names找到一个是NULL（空闲）的成员
2. 通过参数major和那么，构造并初始化一个blk_major_name类型的对象p
3. 检查major_name中是否有major相同的，如果有就挑选出来，并把对象p填充到该数组中
}

大家可能发现了，注册了不也是什么功能都实现不了吗？对啊，很多注册函数本来就是这个样子，为了混个脸熟，占个位子嘛！

我们打开设备树文件linux-xlnx/arch/arm/boot/dts/zynq-7000.dtsi。通过搜索关键词sdhci，可以搜索到TF卡的设备驱动的节点部分，源码如下：
sdhci0: sdhci@e0100000 {
compatible = "arasan,sdhci-8.9a";
status = "disabled";
clock-names = "clk_xin", "clk_ahb";
clocks = , ;
interrupt-parent = ;
interrupts = ;
reg = ;
};
我们都知道，linux启动以后，系统过通过dts去生成各个设备驱动，并通过这些设备驱动去probe平台驱动，此处也是一样，它肯定对应了一个平台驱动，源码位于：linux-xlnx/drivers/mmc/host/sdhci-of-arasan.c。大家可能会疑问为什么是arasan，而不是xilinx呢？我查看了下，arasan这是一家可以提供各种SDIO、SPI等可以连接MMC/eMMC存储设备的接口的IP核的公司，xilixn估计就是用的它的IP核，毕竟方便易用好移植吗。

通过不停得追踪，发现此处注册一个设备驱动有如下的函数滴啊用关系：sdhci_arasan_probe->sdhci_add_host->mmc_add_host->device_add，顺利地把这个设备注册到了系统中。device_add？为什么不是device_register，该设备驱动驱动是在哪里被构造的？好回去继续找吧！函数调用关系如下：sdhci_arasan_probe->sdhci_pltfm_init->sdhci_alloc_host->mmc_alloc_host，就是这个函数里面构造了这个设备驱动；大家阅读的时候可能发现了，设备的是名字是"mmc%d"，转换出来就是"mmc0","mmc1"......和设备"mmcblk0p2"有一毛钱关系啊，突然感觉失去了线索。但是想想我们这里也只是注册了一个mmc驱动，和block驱动还是很大的区别的吧！所以呢我觉得这应该就是个设备驱动，需要通过总线（应该就是MMC总线了）去match正真的驱动——块设备驱动。

在文件linux-xlnx/drivers/mmc/card/block.c中我找了函数mmc_blk_init，该函数被module_init引用，应该是驱动入口函数了，我们看看它具体是干嘛的。先通过register_blkdev(MMC_BLOCK_MAJOR, "mmc")注册了一个名字是mmc的块设备；接着通过mmc_register_driver(&mmc_driver)这个mmc设备驱动，这是里面最重要的函数。

int mmc_register_driver(struct mmc_driver *drv)
{
drv->drv.bus = &mmc_bus_type;
return driver_register(&drv->drv);
}

主要就是吧该驱动注册到mmc总线上面去。再次通过层层追踪，发现mmc_blk_probe->mmc_blk_alloc->mmc_blk_alloc_req->snprintf(md->disk->disk_name, sizeof(md->disk->disk_name), "mmcblk%d%s", md->name_idx, subname ? subname : "")将某设备的名字配置成了"mmcblk%d%s"，终于找到它了。

我们简单概括一下以上的流程：
1. linux读取dts，获取各个设备
2. 匹配设备驱动，调用该设备驱动的probe程序，生成设备驱动inode文件
3. 该设备驱动通过总线去匹配正真的驱动文件，并调用该驱动的probe程序 ->在dev下生成了mmcblkXpY的inode文件
4. 该系统通过uboot的启动参数，获知需要从那个mmcblkXpY去加载根文件系统，去实现整个系统的初始化