参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/517974143
1.背景
每当driver probe一个具体的device实例的时候，都需要建立一些私有的数据结构来保存该device的一些具体的硬件信息。
以往都是通过kmalloc或者kzalloc来分配内存，但这会引入一些潜在的问题。如：在初始化过程中，会有各种可能的失败情况，需要释放之前分配的内存。
在初始化过程中，除了memory，driver会为probe的device分配各种资源，例如IRQ号，io memory map，DMA等。当初始化需要管理这么多的资源分配和释放的时候，很多驱动程序都会出现资源管理的issue。
并且这个issue问题不容易测试出来。
内核解决这个问题的模式（所谓解决一类问题的设计方法就叫做设计模式）是Devres，即device resource management模块。
// drivers/media/platform/soc_camera/mx1_camera.c
static int __init mx1_camera_probe(struct platform_device *pdev)
{
// ...
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
irq = platform_get_irq(pdev, 0);
if (!res || (int)irq <= 0) {
err = -ENODEV;
goto exit;
}
clk = clk_get(&pdev->dev, "csi_clk");
if (IS_ERR(clk)) {
err = PTR_ERR(clk);
goto exit;
}
pcdev = kzalloc(sizeof(*pcdev), GFP_KERNEL);
if (!pcdev) {
dev_err(&pdev->dev, "Could not allocate pcdev\n");
err = -ENOMEM;
goto exit_put_clk;
}
// ...
/*
* Request the regions.
*/
if (!request_mem_region(res->start, resource_size(res), DRIVER_NAME)) {
err = -EBUSY;
goto exit_kfree;
}
base = ioremap(res->start, resource_size(res));
if (!base) {
err = -ENOMEM;
goto exit_release;
}
// ...
/* request dma */
pcdev->dma_chan = imx_dma_request_by_prio(DRIVER_NAME, DMA_PRIO_HIGH);
if (pcdev->dma_chan < 0) {
dev_err(&pdev->dev, "Can't request DMA for MX1 CSI\n");
err = -EBUSY;
goto exit_iounmap;
}
// ...
/* request irq */
err = claim_fiq(&fh);
if (err) {
dev_err(&pdev->dev, "Camera interrupt register failed\n");
goto exit_free_dma;
}
// ...
err = soc_camera_host_register(&pcdev->soc_host);
if (err)
goto exit_free_irq;
dev_info(&pdev->dev, "MX1 Camera driver loaded\n");
return 0;
exit_free_irq:
disable_fiq(irq);
mxc_set_irq_fiq(irq, 0);
release_fiq(&fh);
exit_free_dma:
imx_dma_free(pcdev->dma_chan);
exit_iounmap:
iounmap(base);
exit_release:
release_mem_region(res->start, resource_size(res));
exit_kfree:
kfree(pcdev);
exit_put_clk:
clk_put(clk);
exit:
return err;
}
在probe函数中
-
要顺序申请多种资源(IRQ、CLOCK、memory、regions、ioremap、dma、)，只要任意一种资源申请失败，会要回滚释放之前已经申请的所有资源。
-
函数最后面会有很多goto标签,并且在申请资源出错时，需要goto到正确的标签上，以便释放已经申请的资源。
就像上面的代码一样，整个函数被大段的，重复的"if (condition) { err = xxx; goto xxx;}"充斥，容易出错。
Linux设备模型借助device resource management(设备资源管理)，帮忙解决了这个问题。 driver只管申请，不用考虑释放，设备模型会帮忙释放资源。既然驱动需要用的资源都是设备的资源，那么资源的管理归于device，就是说不需要dirver过多的参与。当device与driver detach的时候，deivce会自动释放所有的资源。
static int __init mx1_camera_probe(struct platform_device *pdev)
{
// ...
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
irq = platform_get_irq(pdev, 0);
if (!res || (int)irq <= 0) {
return -ENODEV;
}
clk = devm_clk_get(&pdev->dev, "csi_clk");
if (IS_ERR(clk)) {
return PTR_ERR(clk);
}
pcdev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*pcdev), GFP_KERNEL);
if (!pcdev) {
dev_err(&pdev->dev, "Could not allocate pcdev\n");
return -ENOMEM;
}
// ...
/*
* Request the regions.
*/
if (!devm_request_mem_region(&pdev->dev, res->start, resource_size(res), DRIVER_NAME)) {
return -EBUSY;
}
base = devm_ioremap(&pdev->dev, res->start, resource_size(res));
if (!base) {
return -ENOMEM;
}
// ...
/* request dma */
pcdev->dma_chan = imx_dma_request_by_prio(DRIVER_NAME, DMA_PRIO_HIGH);
if (pcdev->dma_chan < 0) {
dev_err(&pdev->dev, "Can't request DMA for MX1 CSI\n");
return -EBUSY;
}
// ...
/* request irq */
err = claim_fiq(&fh);
if (err) {
dev_err(&pdev->dev, "Camera interrupt register failed\n");
return err;
}
// ...
err = soc_camera_host_register(&pcdev->soc_host);
if (err)
return err;
dev_info(&pdev->dev, "MX1 Camera driver loaded\n");
return 0;
}
不要再使用那些常规的资源申请接口，用devm_xxx接口来代替申请资源。
为了保持兼容，这些新接口和旧接口的参数保持一致，只是名字前面加了"devm_",并且多加了一个struct device指针。
2.devm_xxx接口
需要记住：driver可以只申请，不释放，设备模型会帮忙释放。
为了严谨，在driver remove时，可以主动释放(也有相应的接口)
extern void *devm_kzalloc(struct device *dev, size_t size, gfp_t gfp);
void __iomem *devm_ioremap_resource(struct device *dev,
struct resource *res);
void __iomem *devm_ioremap(struct device *dev, resource_size_t offset,
unsigned long size);
struct clk *devm_clk_get(struct device *dev, const char *id);
int devm_gpio_request(struct device *dev, unsigned gpio,
const char *label);
static inline struct pinctrl * devm_pinctrl_get_select(
struct device *dev, const char *name)
static inline struct pwm_device *devm_pwm_get(struct device *dev,
const char *consumer);
struct regulator *devm_regulator_get(struct device *dev, const char *id);
static inline int devm_request_irq(struct device *dev, unsigned int irq,
irq_handler_t handler, unsigned long irqflags,
const char *devname, void *dev_id);
struct reset_control *devm_reset_control_get(struct device *dev,
const char *id);
3.设备资源
一个设备要能工作依赖很多的外部条件，如供电，时钟等，这些外部条件称作设备资源(device resource)。
- power，供电。
- clock，时钟。
- memory，内存，在kernel中一般使用kzalloc分配。
- GPIO，用户和CPU交换简单控制、状态等信息。
- IRQ，触发中断。
- DMA，无CPU参与情况下进行数据传输。
- 虚拟地址空间，一般使用ioremap、request_region等分配。
而在linux kernel中，资源的定义更为广义，比如PWM,RTC,Reset，都可以抽象为资源，供driver使用。
在较早的kernel中，系统还不是特别复杂，且各个framework还没有成型，因此大多的资源都是由driver自行维护。随着系统复杂度的增加，driver之间共用资源的情况越来越多，同时电源管理的需求也越来越多。
于是kernel就将各个resource的管理权回收，基于"device resource management"的框架，由各个framework统一管理，包括分配和回收。
device resource management的软件框架
位于"driver/base/devres.c"中，它的实现非常简单，因为资源的种类有很多，表现形式也多种多样，而devres不可能都知情，也不能进行具体的分配和回收。
因此，devres唯一的功能：
提供一种机制，将系统中某个设备的所有资源，以链表的形式，组织起来，以便在driver detach的时候，自动释放。
如果抽象出某一种设备，则由上层的framework负责。这些franmework包括：regulator(管理power资源) ，clock framework(管理clock资源)，interrupt framework(管理中断资源)，gpio framework(管理gpio资源)。
其他的driver，位于这些framework之上，使用它们提供的机制和接口。
device原型的devres_head
先从struct device开始吧！该结构中有一个名称为“devres_head”的链表头，用于保存该设备申请的所有资源。
struct device {
// ...
spinlock_t devres_lock;
struct list_head devres_head;
//...
}
devres原型
devres代表了资源的数据结构。
// drivers/base/devres.c
struct devres {
struct devres_node node;
/* -- 3 pointers */
unsigned long long data[]; /* guarantee ull alignment */
};
-
data是一个零长数组，用于存放所申请的不定长内存；因为整个memory空间是连续的，因此可以通过释放devres指针，释放所有的空间，包括data所指的那片不定长度的、具体资源所用的空间。
-
而node用于将devres组织起来，方便插入到device结构的devres_head链表中
devres_node原型
// base/devres.c
struct devres_node {
struct list_head entry;
dr_release_t release;
#ifdef CONFIG_DEBUG_DEVRES
const char *name;
size_t size;
#endif
};
向设备模型提供的接口
向设备模型提供的接口：devres_release_all
这里是重点，用于自动释放资源。
int devres_release_all(struct device *dev)
{
unsigned long flags;
/* Looks like an uninitialized device structure */
if (WARN_ON(dev->devres_head.next == NULL))
return -ENODEV;
spin_lock_irqsave(&dev->devres_lock, flags);
return release_nodes(dev, dev->devres_head.next, &dev->devres_head,
flags);
}
以设备指针为参数，直接调用release_nodes：
static int release_nodes(struct device *dev, struct list_head *first,
struct list_head *end, unsigned long flags)
__releases(&dev->devres_lock)
{
LIST_HEAD(todo);
int cnt;
struct devres *dr, *tmp;
// 将设备所有的`devres`从设备的`devres_head`中移除
cnt = remove_nodes(dev, first, end, &todo);
spin_unlock_irqrestore(&dev->devres_lock, flags);
/* Release. Note that both devres and devres_group are
* handled as devres in the following loop. This is safe.
*/
list_for_each_entry_safe_reverse(dr, tmp, &todo, node.entry) {
devres_log(dev, &dr->node, "REL");
// 调用所有资源的release回调函数（例如上面`devm_irq_release`），
// 回调函数会回收具体的资源（如`free_irq`)。
dr->node.release(dev, dr->data);
// 最后，调用free，释放devres以及资源所占的空间
kfree(dr);
}
return cnt;
}
调用时机
先回忆一下设备模型中probe的流程，devres_release_all接口被调用的时机有两个：
- really_probe失败
- 设备与驱动分离时：deriver dettach时（就是driver remove时）
1.really_probe失败
probe调用过程为（就不详细的贴代码了）：__driver_attach/__device_attach-->driver_probe_device—>really_probe。
really_probe调用driver或者bus的probe接口，如果失败（返回值非零，可参考本文开头的例子），则会调用devres_release_all.
2.设备与驱动分离时
另外一个时机是在，deriver dettach时（就是driver remove时）：driver_detach/bus_remove_device-->__device_release_driver-->devres_release_all