在 Linux 中， '/dev' 目录中的文件如何匹配设备模型？

Question

在文件读写中，我的理解是这样的：

在应用层，可以调用fopen()方法。

fwrite()方法会调用系统调用open()。

当操作系统接收到open()调用时，它将把命令传递给虚拟文件系统（VFS）。

VFS查找包括所需任何目录的文件名，并执行必要的访问检查。

如果在RAM缓存中，则不需要磁盘访问。如果没有，则VFS会向特定的文件系统发送读取请求，该文件系统可能是EXT4。

然后，EXT4文件系统驱动程序将确定该目录位于哪个磁盘块中。然后将向磁盘设备驱动程序发送读取命令。

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现在假设我想读取连接到板上的i2c设备A。文件目录为/dev/i2c/A。

• 所有设备是否都有一个主编号？例如，Linux OS设置USB的主编号为180.那么在设备端，每个USB设备是否都有180的主编号?

• 如果第一题的答案是否定的，那么Linux OS如何确定device A的类型，只是根据文件目录吗?

• 我认为第二个问题的答案可能是：在引导初始化阶段，已经有一些特定代码使用类似export（）的东西将该端口挂载到文件系统中。所以事实上，在引导阶段之后，文件目录/dev/i2c/A会存在，并与i2c设备的主编号绑定。因此，当我想打开dev/i2c/A时，操作系统将为我找到正确的i2c驱动程序，而不是SPI或USB驱动程序。我对这部分不太确定，需要更多的信息。

• 在设备挂载到文件系统之后，如果我有一个usb，它如何被挂载到文件系统并具有正确的180主编号？我猜在挂载阶段开始之前，插入usb时会发生中断?

- henryyao

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这个问题的标题与内容不符。内容是关于“Linux如何确定在/dev/树中特定路径下将打开哪个驱动程序”。而关于“为设备选择哪个驱动程序”的问题完全不同：即通过启发式探测或借助“即插即用”系统来识别外围设备。 - Kaz

参见：平台驱动和普通设备驱动之间的区别。 - artless noise

一个非常类似的问题，也被关闭了。 - artless noise

Answer 1

请参考：热插拔文档。如果您运行示例代码，您会发现在向USB添加/删除设备时会发送一个netlink事件。这是驱动程序模型的一部分。每个驱动程序都应该连接到一个BUS；这可以是平台、USB、I2C、SPI、PCI等。此外，在sysfs中，将有条目标识特定设备。通常可以使用I2C地址来标识特定的客户端/从设备。驱动程序模型还支持挂起、恢复、有序关闭等功能。 /dev/文件是由udev或mdev用户空间程序创建的。它们将名称与设备节点（major、minor、char/block）关联起来。您可以使用sysfs和/或您的udev脚本基于netlink信息创建所需的设备名称；大多数信息都可以在udev脚本中获取。 编辑：对于i2c总线主驱动程序，通过运行probe^注1发现设备的地址。使用表格将设备与特定的驱动程序关联。例如，stargate机器文件有一个imote2_i2c_board_info，它将i2c地址与驱动程序关联。类似的表格也适用于SPI设备。使用platform_add_devices()添加Platform^注2设备。USB和PCI设备由设备的相应BUS特定ID识别。通常，一个机器文件（或最近的device tree）将这两个关联起来。
另请参见：Linux Journal - I2C Drivers pt1，Linux Journal - I2C Drivers pt2

我认为混淆的来源是所有驱动程序/设备都在/dev/目录中。这是不正确的。只有顶级驱动程序对用户可见。许多Linux驱动程序/设备由主设备使用。它们可以形成设备层次结构。通常，只有顶级设备向用户公开。例如，存在函数spi_write()，高级别驱动程序可以使用该函数通过SPI进行通信，但SPI设备不会暴露给user space。声音和媒体/电视捕获卡通常使用SPI设备，但用户从不知道这个BUS的存在并被使用。通常，多个卡供应商将在底层使用相同的芯片组。而不是为每张卡编写驱动程序，只编写一些卡的glue。然后，使用chip驱动程序的通用集合与glue在层次结构的顶部将其全部连接起来；这是向user space公开的顶级驱动程序。这也允许smart^TM芯片供应商创建系统集成商可以使用的良好驱动程序。

< p >< em>注1:通过探测，我指的是请求总线上所有注册地址的消息。我不确定probe 是否是正确的i2c 术语。

注2:平台 设备是 SOC 设备。它们没有关联的总线，因此平台是一个综合性的概念。通常，平台 设备都与 CPU 集成在一起（SOC 代表系统芯片）。

- artless noise

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平台设备是指SOC（片上系统）设备。它们没有关联的总线，因此平台是这些设备的通用名称。通常，它们与CPU集成在一起（SOC代表“片上系统”）。您不需要一个 gpio 驱动程序，有一个库可以使用。您可以将 GPIO 引脚传递给驱动程序（也许以太网驱动程序想要闪烁LED灯）。在不同的板子上，使用不同的GPIO引脚，但以太网驱动程序不会关心哪个引脚，它只使用传递给它的一些 平台数据。通常只需传递函数指针，最终将使用GPIO，因为这样可以提供更大的灵活性。 - artless noise

@henryyao，如果驱动程序在某个地方维护一个文件（设备节点、debugfs 中的文件或其他任何地方），则它会在 struct file_operations 中指定回调函数，如 open() 等，并在创建文件时注册该结构。当应用程序打开文件、从中读取或写入数据、为其调用 ioctl() 等操作时，这些回调函数将被调用。一些驱动程序使用此功能来管理与用户空间之间的数据传输、调整参数等。 - Eugene

@Eugene，那么什么情况下应该使用像.prob这样的函数呢？难道驱动程序中包含.prob的设备也应该有.open函数吗？因为所有设备都需要作为文件打开，对吧？ - henryyao

@Henryyao。有些驱动程序不对“用户空间”公开。大多数人不想直接使用“i2c”。通常，顶层设备是具有open()、read()等功能的设备。例如，音频卡将具有SSI接口、编解码器芯片和许多GPIO。编解码器芯片可能使用SPI或I2C；这用于设置音量、混音器等；用户空间使用ioctl()来完成此操作。实际的PCM音频数据通过SSI从主CPU内存传输到编解码器。在CPU侧有SSI驱动程序，这些必须连接到编解码器；这些是通用的。 - artless noise

@Henryyao。最后，有一个顶级机器驱动程序将所有这些东西组合在一起。sound/soc目录具有此类常见的基础结构；用户空间可以通过此基础结构进行通信，但是顶级机器驱动程序会将数据/请求路由到不同的总线等。请参阅：http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux.git;a=blob;f=sound/soc/soc-io.c;hb=HEAD 以获取对I2C/SPI声音抽象的了解。 - artless noise

Answer 2

每个设备都有一个主号和次号。您可以通过执行ls -n /dev来查看它们。对于某些驱动程序，如磁盘，主要数字是硬编码的。对于其他驱动程序，它是动态的。次要数字可以在运行时动态分配，而不仅仅是在启动时发现设备。内核维护一个内部设备转换表，将dev号映射到正确的驱动程序。

- stark