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5.23 Bus总线子系统

学习阁2026/7/20大约 5 分钟设备驱动驱动Bus总线匹配probe

5.23 Bus总线子系统

📚 本节导读

学习时长: 约 30 分钟
难度级别: ⭐⭐⭐⭐☆
前置知识: C 语言基础、链接器脚本、5.1 设备驱动框架

🎯 学习目标

  • 理解 OneOS 声明式总线模型的驱动-设备匹配机制
  • 掌握 OS_DRIVER_INFO / OS_DEVICE_INFO 宏的声明式注册方法
  • 理解 driver_match_devices() 和 device_match_drivers() 的匹配流程
  • 掌握 OS_DRIVER_DEFINE 宏的自动初始化机制
  • 理解链接器段 driver_table 和 device_table 的作用

一、概述

Bus 总线子系统是 OneOS 实现声明式驱动与设备匹配的核心机制。它借鉴了 Linux 内核的设备-总线-驱动模型，通过链接器段（linker section） 在编译期收集驱动和设备信息，在运行时自动完成匹配。驱动源码位于 drivers/bus/ 目录下，核心头文件为 us.h，实现文件为 us.c。

Bus 总线子系统的特点：

  • 声明式注册：通过 OS_DRIVER_INFO / OS_DEVICE_INFO 宏将驱动和设备信息放入特定链接器段
  • 编译期收集：利用链接器脚本将分散在各源文件中的驱动/设备信息聚合到 driver_table / device_table 段
  • 自动匹配：通过名称匹配 driver->name == device->driver，自动调用 probe 函数
  • 自动初始化：OS_DRIVER_DEFINE 宏结合 OS_INIT_CALL 实现驱动的自动初始化
  • 双向匹配：支持 driver_match_devices()（驱动匹配设备）和 device_match_drivers()（设备匹配驱动）

二、核心数据结构

2.1 驱动信息 os_driver_info_t

c typedef struct os_driver_info { char *name; /* 驱动名称 */ int (*probe)(const struct os_driver_info *drv, const struct os_device_info *dev); } os_driver_info_t;

字段说明
ame驱动名称，用于与 os_device_info_t.driver 匹配
probe探测函数，当驱动与设备匹配成功时调用

2.2 设备信息 os_device_info_t

c typedef struct os_device_info { char *name; /* 设备名称 */ char *driver; /* 所需驱动名称 */ const void *info; /* 设备私有信息（如引脚配置、地址等） */ } os_device_info_t;

字段说明
ame设备名称
driver所需驱动名称，用于匹配 os_driver_info_t.name
info设备私有信息，传递给 probe 函数

2.3 匹配关系图

┌──────────────────┐ ┌──────────────────┐ │ os_driver_info │ name │ os_device_info │ │ ┌────────────┐ │ match │ ┌────────────┐ │ │ │ name │──┼────────→│ │ driver │ │ │ │ probe() │ │ │ │ name │ │ │ └────────────┘ │ │ │ info │ │ └──────────────────┘ └──────────────────┘

三、声明式注册宏

3.1 驱动信息注册

c #define OS_DRIVER_INFO static OS_USED OS_SECTION("driver_table") const os_driver_info_t

使用示例：

c /* 在驱动源文件中声明驱动信息 */ OS_DRIVER_INFO my_uart_driver = { .name = "uart_driver", .probe = uart_probe, };

OS_DRIVER_INFO 宏将结构体放入 driver_table 链接器段，链接器会自动收集所有此类声明。

3.2 设备信息注册

c #define OS_DEVICE_INFO static OS_USED OS_SECTION("device_table") const os_device_info_t

使用示例：

c /* 在 BSP 源文件中声明设备信息 */ OS_DEVICE_INFO uart0_device = { .name = "uart0", .driver = "uart_driver", .info = &uart0_config, };

OS_DEVICE_INFO 宏将结构体放入 device_table 链接器段。

3.3 驱动自动初始化

c #define OS_DRIVER_DEFINE(_driver_, sequence, subsequence) \ static os_err_t __driver_##_driver_##_init(void) \ { \ return driver_match_devices(&_driver_); \ } \ OS_INIT_CALL(__driver_##_driver_##_init, sequence, subsequence)

使用示例：

c /* 定义驱动并指定初始化顺序 */ OS_DRIVER_DEFINE(my_uart_driver, OS_INIT_LEVEL_DEVICE, OS_INIT_SUBLEVEL_MIDDLE);

这个宏做了两件事：

  1. 生成一个 __driver_xxx_init 函数，内部调用 driver_match_devices()
  2. 通过 OS_INIT_CALL 注册到指定初始化级别，系统启动时自动执行

四、关键 API

4.1 驱动匹配设备

c int driver_match_devices(const os_driver_info_t *driver);

  • driver: 驱动信息指针
  • 返回: 匹配成功的设备数量

遍历 device_table 段中的所有设备，找到 device->driver == driver->name 的设备，调用 driver->probe(driver, device)。

4.2 设备匹配驱动

c int device_match_drivers(const os_device_info_t *device);

  • device: 设备信息指针
  • 返回: 匹配成功的驱动数量

遍历 driver_table 段中的所有驱动，找到匹配的驱动并调用 probe。

五、使用示例

5.1 完整的驱动-设备匹配示例

`c
/* ===== 驱动层：drivers/serial/my_uart.c ===== */
#include <bus.h>
#include <device.h>

/* 串口私有数据 */
struct my_uart {
uint32_t base_addr;
int irq;
int baudrate;
};

/* probe 函数：驱动与设备匹配时调用 */
static int uart_probe(const struct os_driver_info *drv, const struct os_device_info *dev)
{
struct my_uart *uart;
const struct my_uart_config *cfg = (const struct my_uart_config *)dev->info;

os_kprintf("probe: driver=%s, device=%s, addr=0x%x\r\n",
           drv->name, dev->name, cfg->base_addr);

/* 分配设备结构体 */
uart = os_calloc(1, sizeof(struct my_uart));
uart->base_addr = cfg->base_addr;
uart->irq       = cfg->irq;
uart->baudrate  = cfg->baudrate;

/* 注册到设备框架 */
os_device_register(&uart->parent, dev->name);

return OS_SUCCESS;

}

/* 声明驱动信息 */
OS_DRIVER_INFO my_uart_driver = {
.name = "my_uart",
.probe = uart_probe,
};

/* 定义驱动自动初始化 */
OS_DRIVER_DEFINE(my_uart_driver, OS_INIT_LEVEL_DEVICE, OS_INIT_SUBLEVEL_MIDDLE);

/* ===== BSP 层：boards/my_board/board.c ===== */
#include <bus.h>

struct my_uart_config {
uint32_t base_addr;
int irq;
int baudrate;
};

/* 声明设备信息 */
static const struct my_uart_config uart0_cfg = {
.base_addr = 0x40001000,
.irq = 21,
.baudrate = 115200,
};

OS_DEVICE_INFO uart0_device = {
.name = "uart0",
.driver = "my_uart",
.info = &uart0_cfg,
};

static const struct my_uart_config uart1_cfg = {
.base_addr = 0x40002000,
.irq = 22,
.baudrate = 9600,
};

OS_DEVICE_INFO uart1_device = {
.name = "uart1",
.driver = "my_uart",
.info = &uart1_cfg,
};
`

5.2 手动触发匹配

c /* 在某些场景下，设备可能晚于驱动注册 */ void late_device_init(void) { /* 手动触发设备匹配驱动 */ device_match_drivers(&uart0_device); }

六、内部实现机制

6.1 链接器段机制

编译时 链接时 ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │ file1.c │ │ driver_table 段 │ │ OS_DRIVER_ │──────┐ │ ┌───────────────┐ │ │ INFO(drv1) │ │ │ │ drv1: "uart" │ │ └─────────────┘ │ │ │ drv2: "spi" │ │ ├── 收集 ──→ │ │ drv3: "i2c" │ │ ┌─────────────┐ │ │ │ ... │ │ │ file2.c │ │ │ └───────────────┘ │ │ OS_DRIVER_ │──────┘ └─────────────────────┘ │ INFO(drv2) │ └─────────────┘

链接器脚本中定义 driver_table 和 device_table 段，将分散在各编译单元中的信息聚合到连续内存区域。框架通过遍历这些段实现 O(1) 的驱动-设备遍历。

6.2 初始化流程

系统启动 │ ├── OS_INIT_LEVEL_DEVICE 阶段 │ │ │ ├── __driver_uart_init() → driver_match_devices(&uart_driver) │ │ ├── 遍历 device_table，找到 driver == "uart_driver" 的设备 │ │ └── 调用 uart_probe(drv, dev) 初始化每个匹配的设备 │ │ │ ├── __driver_spi_init() → driver_match_devices(&spi_driver) │ │ │ └── __driver_i2c_init() → driver_match_devices(&i2c_driver) │ └── 应用层初始化

📝 本节小结

本节介绍了 OneOS 中 Bus 总线子系统的声明式驱动-设备匹配机制，包括：

  1. 声明式注册：OS_DRIVER_INFO / OS_DEVICE_INFO 宏将驱动和设备信息放入链接器段
  2. 编译期收集：链接器将分散的驱动/设备信息聚合到 driver_table / device_table 段
  3. 自动匹配：通过名称匹配（driver->name == device->driver）自动调用 probe 函数
  4. 自动初始化：OS_DRIVER_DEFINE 宏结合 OS_INIT_CALL 实现驱动的自动初始化
  5. 双向匹配：支持驱动匹配设备和设备匹配驱动两种模式

Bus 总线子系统是 OneOS 驱动框架的重要基础设施，它实现了驱动与设备的解耦，使 BSP 开发者只需声明设备信息，框架自动完成驱动匹配和初始化。

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