平台驱动匹配：QEMU虚拟设备兼容性探索

探索Linux内核中平台驱动与QEMU虚拟设备的匹配机制，通过compatible字符串实现无缝对接。

平台驱动概述

平台驱动是Linux内核中用于管理平台设备的一种驱动模型。平台设备通常是指那些直接集成在SoC（系统芯片）上的设备，例如定时器、中断控制器、串口等。这些设备通常没有传统的总线（如PCI或USB）来发现和配置它们，因此需要一种机制来让驱动与设备匹配。

在QEMU中，我们可以模拟各种虚拟设备，这些设备可以通过设备树（Device Tree）来描述。设备树中的每个设备节点都有一个compatible属性，用于指定设备的兼容性字符串。平台驱动通过这个字符串来识别并绑定到对应的设备。

compatible字符串的作用

compatible字符串是设备树中用于描述设备兼容性的关键属性。它是一个字符串列表，用于指定设备与哪些驱动兼容。当内核启动时，它会解析设备树，并根据compatible字符串来查找并加载对应的驱动。

例如，一个QEMU虚拟设备的设备树节点可能如下所示：

my_virtual_device: my-virtual-device@1000 {
    compatible = "qemu,my-virtual-device";
    reg = <0x1000 0x100>;
    status = "okay";
};

对应的平台驱动需要定义一个匹配表，其中包含相同的compatible字符串：

static const struct of_device_id my_virtual_device_of_match[] = {
    { .compatible = "qemu,my-virtual-device" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_virtual_device_of_match);

平台驱动的编写步骤

定义设备匹配表：使用of_device_id结构体数组定义驱动支持的设备兼容性字符串。
注册平台驱动：使用platform_driver_register函数注册驱动，并指定匹配表和 probe/remove 函数。
实现 probe 函数：当驱动与设备匹配时，内核会调用 probe 函数来初始化设备。
实现 remove 函数：当驱动或设备被卸载时，内核会调用 remove 函数来清理资源。

以下是一个简单的平台驱动示例：

#include 
#include 
#include 

static int my_virtual_device_probe(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("Probing my virtual device\n");
    // 初始化设备代码
    return 0;
}

static int my_virtual_device_remove(struct platform_device *pdev)
{
    pr_info("Removing my virtual device\n");
    // 清理资源代码
    return 0;
}

static const struct of_device_id my_virtual_device_of_match[] = {
    { .compatible = "qemu,my-virtual-device" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_virtual_device_of_match);

static struct platform_driver my_virtual_device_driver = {
    .driver = {
        .name = "my-virtual-device",
        .of_match_table = my_virtual_device_of_match,
    },
    .probe = my_virtual_device_probe,
    .remove = my_virtual_device_remove,
};

module_platform_driver(my_virtual_device_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple platform driver for QEMU virtual device");

QEMU设备树配置

在QEM中运行Linux内核时，需要提供一个设备树文件（.dtb）。这个文件描述了系统中的硬件配置。为了匹配我们的平台驱动，需要在设备树中添加相应的设备节点。

例如，创建一个简单的设备树源文件（.dts）：

/dts-v1/;

/ {
    model = "QEMU Virtual Machine";
    compatible = "qemu,virtual-machine";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    my-virtual-device@1000 {
        compatible = "qemu,my-virtual-device";
        reg = <0x1000 0x100>;
        status = "okay";
    };
};

使用设备树编译器（dtc）将.dts文件编译为.dtb文件：

dtc -O dtb -o my_virtual_machine.dtb my_virtual_machine.dts

然后在QEMU启动时指定这个.dtb文件：

qemu-system-arm -M virt -kernel zImage -dtb my_virtual_machine.dtb -initrd rootfs.cpio

驱动匹配流程

驱动匹配的流程如下：

内核启动时解析设备树，获取设备信息。
平台设备被注册到内核中。
平台驱动通过compatible字符串与设备匹配。
匹配成功后，调用驱动的 probe 函数初始化设备。

常见问题与调试技巧

问题	解决方案
驱动未加载	检查`compatible`字符串是否一致，确保驱动模块已加载。
Probe函数未调用	使用`dmesg`查看内核日志，确认设备树节点状态是否为"okay"。
资源分配失败	检查设备树中的`reg`属性是否正确，确保资源未被占用。

调试时，可以使用以下命令查看设备树信息：

# 查看设备树节点
dtc -I fs /sys/firmware/devicetree/base

或者在内核中打印设备树信息：

void of_print_nodes(struct device_node *node)
{
    struct device_node *child;
    pr_info("Node: %s\n", node->full_name);
    for_each_child_of_node(node, child) {
        of_print_nodes(child);
    }
}