一、前言
对于一款嵌入式产品来说，往往包含很多同种类型设备，比如多个**串口、网口等这些驱动比较类似，仅仅是一些寄存器基地址不一样；还有就是厂家出厂的同类型的SOC，很多控制器驱动功能类似【比如gpio、I2S、I2C】，但是他们又有一些差异。
针对这些情况，我们完全可以把硬件信息解耦出来，将公用部分的软件逻辑功能分离出来，没有必须要为每一个设备单独写一个驱动。
本届结合瑞芯微平台，给大家介绍2种实现方法：
- 通过次设备号区分相同功能的外设；
- 通过设备树节点的compatible匹配方式得知当前设备版本，定义struct of_device_id结构体数组，并SOC名称以及差异内容封装并将地址填充到私有成员中。
二、通过次设备号区分外设
此种方式我们只需要在驱动中区分出设备的次设备号，然后根据次设备号的访问不同的内存地址空间即可。
1、原理
假定我们创建两个串口com0、com1，他们共用同一个主设备号250，次设备号分别为0、1，如果要让他们共用同一个字符设备驱动，那么我们的驱动要能够知道应用进程打开的是设备com0还是com1，并操作不同的串口。
首先创建两个设备节点：
mknod/dev/com0 c2500mknod/dev/com1 c2501执行结果如下：
内核为了维护这两个文件节点，内核需要创建结构体维护这两个文件，具体如下图所示：
当我们通过命令mknod创建一个字符设备文件，那么内核就会创建好一个inode会存在存储器中，创建和该文件实体一一对应的inode。
这个inode和其他的inode一样，通常用来存储关于这个文件的静态信息(不变的信息)，包括这个设备文件对应的设备号，文件的路径以及对应的驱动对象等。
inode作为VFS四大对象之一，在驱动开发中很少需要自己进行填充，更多的是在open()方法中进行查看并根据需要填充我们的file结构。
创建字符设备/dev/com0、 /dev/com1,只是增加了对应的inode节点，此时VFS层并没有并没有创建file结构体，而且inode和驱动也并没有产生联系。
当进程试图打开设备文件的时候，Linux系统做了什么事？
如果应用程序执行以下代码：
fd0=open("/dev/com0",O_RDWR);fd1=open("/dev/com1",O_RDWR);各个结构体之间关系入下图所示：
当应用程序执行open函数，该函数会调用到内核的sys_open（），该函数会根据该设备节点inode保存的信息，
i_flags:文件类型, i_rdev:设备号，
初始化结构体inode其他信息，比如inode->i_cdev，此时已经指向我们注册的cdev结构体。
通过设备号，可以很容易找到该设备在设备号全局管理数组**chedevs[]**的下标，进而找到我们注册的驱动cdev以及file_operations。
同时内核会在VFS层为创建结构体file，该函数调用成功之后，应用层会返回整型值用来和该file对应，就是上图的文件描述符fd0、fd1。
其中：
file->f_dentry->d_inode->i_rdev 保存对应的设备节点的设备号， file->f_op保存我们注册的file_operations 字符设备接口函数集合。由此可得在read和write等其他接口函数中，我们可以通过file来得到次设备号。
【注意】同一个文件如果打开了两次，那么第二次linux内核仍然会重新分配1个新的file结构体和文件描述符。
驱动的read、write可以通过以下方式获得设备号:
file->f_dentry->d_inode->i_rdev这样我们就可以通过宏MINOR来提取此设备号。
2、核心代码如下：
ssize_tdev_fifo_read(structfile*file,char__user*buf,size_tsize,loff_t*pos){intminor=MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);structmydev*cd;printk("read() MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev)=%d\n",minor);cd=(structmydev*)file->private_data;printk("read() file->private_data cd->test=%d\n",cd->test);if(copy_to_user(buf,&minor,size)){return-EFAULT;}returnsize;}当驱动可以提取次设备号之后，便可以访问不同的地址信息或者中断，从而实现一份驱动支持多个同种类型的设备。
3、如何获得注册的设备结构体私有地址?
在大多情况下，我们会创建一个自定义的设备信息维护结构体，同时创建一个指针数组用来管理不同的设备。
#defineMAX_COM_NUM2structmydev{structcdevcdev;char*reg;inttest;};structmydev*pmydev[MAX_COM_NUM];然后通过成员cdev注册字符设备，
for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){pmydev[i]->test=i;cdev_init(&pmydev[i]->cdev,&dev_fifo_ops);devno=MKDEV(major,i);error=cdev_add(&pmydev[i]->cdev,devno,1);if(error<0){printk("cdev_add fail \n");gotoERR2;}}想一个问题:如果我们为每一个同类型设备分配独立的设备结构体，分别注册对应的cdev，假如我打开/dev/com0 进行操作的时候，我怎么知道com0对应我们自己定义的设备管理结构体变量的地址呢?
有问题是好的，我们带着问题出发，看看大牛们是怎么做的。
//打开设备staticintdev_fifo_open(structinode*inode,structfile*file){structmydev*cd;cd=container_of(inode->i_cdev,structmydev,cdev);file->private_data=cd;return0;}该函数功能：
字符设备架构调用我们注册的接口函数open会传递参数inode和file，inode->i_cdev指向了我们注册的pmydev[i]->cdev，在open中通过inode->cdev来识别具体的设备，通过container_of来找到对应的pmycdev结构体变量，并将其私有数据隐藏到file结构的private_data中，进而识别同一个驱动操作一类设备。
而read，write接口函数可以直接通过file的 private_data获取对应的pmycdev结构体变量。
cd=(structmydev*)file->private_data;执行结果如下:
由结果可知,应用程序正确读取了minor的值。
从内核log来看，MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev)可以成功读取此设备号。而read接口函数也成功通过file->private_data得到了设备结构体变量（初始化的时候为不同设备的test成员附了不同的值）。
4、驱动程序：
#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/kdev_t.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/cdev.h>#include<linux/slab.h>#include<linux/uaccess.h>staticintmajor=250;staticintminor=0;staticdev_tdevno;#defineMAX_COM_NUM2structmydev{structcdevcdev;char*reg;inttest;};structmydev*pmydev[MAX_COM_NUM];ssize_tdev_fifo_read(structfile*file,char__user*buf,size_tsize,loff_t*pos){intminor=MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev);structmydev*cd;printk("read() MINOR(file->f_dentry->d_inode->i_rdev)=%d\n",minor);cd=(structmydev*)file->private_data;printk("read() file->private_data cd->test=%d\n",cd->test);if(copy_to_user(buf,&minor,size)){return-EFAULT;}returnsize;}intdev_fifo_close(structinode*inode,structfile*file){printk("dev_fifo_close()\n");return0;}//打开设备staticintdev_fifo_open(structinode*inode,structfile*file){structmydev*cd;cd=container_of(inode->i_cdev,structmydev,cdev);file->private_data=cd;return0;}staticstructfile_operationsdev_fifo_ops={.open=dev_fifo_open,.read=dev_fifo_read,.release=dev_fifo_close,};staticintdev_fifo_init(void){intresult;interror;inti=0;printk("dev_fifo_init \n");devno=MKDEV(major,minor);result=register_chrdev_region(devno,MAX_COM_NUM,"test");if(result<0){printk("register_chrdev_region fail \n");gotoERR1;}for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){pmydev[i]=kmalloc(sizeof(structmydev),GFP_KERNEL);}for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){pmydev[i]->test=i;cdev_init(&pmydev[i]->cdev,&dev_fifo_ops);devno=MKDEV(major,i);error=cdev_add(&pmydev[i]->cdev,devno,1);if(error<0){printk("cdev_add fail \n");gotoERR2;}}return0;ERR2:devno=MKDEV(major,0);unregister_chrdev_region(devno,MAX_COM_NUM);for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){kfree(pmydev[i]);}returnerror;ERR1:returnresult;}staticvoiddev_fifo_exit(void){inti;printk("dev_fifo_exit \n");for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){cdev_del(&pmydev[i]->cdev);}for(i=0;i<MAX_COM_NUM;i++){kfree(pmydev[i]);}devno=MKDEV(major,0);unregister_chrdev_region(devno,MAX_COM_NUM);return;}MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("daniel.peng");module_init(dev_fifo_init);module_exit(dev_fifo_exit);测试程序
#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>main(){intfd0,fd1;intminor;fd0=open("/dev/com0",O_RDWR);if(fd0<0){perror("open fail \n");return;}printf("open /dev/com0 OK\n");read(fd0,&minor,sizeof(minor));printf("minor of /dev/com0 =%d\n",minor);close(fd0);fd1=open("/dev/com1",O_RDWR);if(fd1<0){perror("open fail \n");return;}printf("open /dev/com1 OK\n");read(fd1,&minor,sizeof(minor));printf("minor of /dev/com1 =%d\n",minor);close(fd1);}【补充】
我们也可以在回调cdev.fops->open()阶段重新填充file结构的fop，进而实现同一个驱动操作不同的设备，这种思想就是内核驱动中常用的分层！
三、通过compatible匹配方式
比如瑞芯微平台由很多种SOC：RV1126、rk1888、rk3188、rk3399、rk3568、rk 3588等，很多控制器的IP核架构类似，但是会有部分差异。
厂家在定制sdk的时候，往往多种SOC只会公用一套驱动，而不是专门针对不同SOC出不同版本的驱动，这无疑会大大增加维护难度。
下面我们就以rk3568平台的pinctrl控制器初始化来讲解，是如何区分不同SOC的gpio资源的。
1、rk3568 GPIO资源
rk3568一共有5组GPIO(GPIO0~4)，
每组GPIO为一个Bank，共32个引脚
每个Bank分为4个 GROUP(GPIOA(07)、GPIOB(07) 、GPIOC(0~7) 、GPIOD( 0~7)) ；
2、pinctrl设备树
瑞芯微pinctrl服务端设备树节点定义：
@kernel\arch\arm64\boot\dts\rockchip\rk3568.dtsi3532pinctrl:pinctrl{3533compatible="rockchip,rk3568-pinctrl";3534rockchip,grf=<&grf>;3535rockchip,pmu=<&pmugrf>;3536#address-cells = <2>;3537#size-cells = <2>;3538ranges;35393540gpio0: gpio@fdd60000{3541compatible="rockchip,gpio-bank";3542reg=<0x0 0xfdd60000 0x0 0x100>;3543interrupts=<GIC_SPI33IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;3544clocks=<&pmucru PCLK_GPIO0>,<&pmucru DBCLK_GPIO0>;35453546gpio-controller;3547#gpio-cells = <2>;3548gpio-ranges=<&pinctrl0032>;3549interrupt-controller;3550#interrupt-cells = <2>;3551};......3604};3607#include "rk3568-pinctrl.dtsi"与gpio相关属性。
3536~3537 行：#address-cells和#size-cells属性值为均为2，也就是说pinctrl下的所有子节点的reg地址和长度均为2个元素；所以3542行，reg属性有4个元素；
3540~3604 行： rk3568有五组GPIO：GPIO0~GPIO4，每组GPIO对应的寄存器地址不同；
3541 行： compatible 属性值为“rockchip,gpio-bank”，所以在 linux 内核中搜索这个字符串就可以找到对应的gpio驱动源文件，为drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c。
3542 行： reg 属性设置了 GPIO0 控制器的寄存器基地址为 0XFDD60000，内存的长度为0x100，驱动会得到GPIO0的基地址0XFDD60000，然后加上偏移得到GPIO0的其他寄存器地址；
3543 行： interrupts 属性描述 GPIO0 控制器对应的中断信息；
3544 行： clocks 属性指定这个 GPIO0 控制器的时钟；
3546 行：“gpio-controller”表示 gpio0 节点是个gpio控制器，每个gpio控制器节点必须包含“gpio-controller”属性；
3547 行：“#gpio-cells”属性和“#address-cells”类似， #gpio-cells 应该为 2，表示一共有两个 cell。
3548 行：gpio-ranges（可选，pinctrl 关联）
3、原理
将所有瑞芯微SOC的pinctrl信息填充到下面数组：
static const struct of_device_id rockchip_pinctrl_dt_match[] = { ...... #ifdef CONFIG_CPU_RK3568 { .compatible = "rockchip,rk3568-pinctrl", .data = &rk3568_pin_ctrl }, #endif {}, };其中：
.compatible存放与设备相同名称的字符串，
.data存放针对不同SOC的私有信息地址，rk3568平台私有信息采用结构体struct rockchip_pin_ctrl
static struct rockchip_pin_ctrl rk3568_pin_ctrl根据pinctrl控制器设备树节点信息compatible = “rockchip,rk3568-pinctrl”;，利用函数of_match_node()进行匹配，然后得到私有信息的地址.data = &rk3568_pin_ctrl；后续就可以根据该信息进行初始化。
函数of_match_node（）
函数of_match_node()原型：
conststructof_device_id*of_match_node(conststructof_device_id*matches,conststructdevice_node*node)作用：
遍历of_device_id匹配表，用设备树节点device_node去逐一比对，返回第一个匹配成功的of_device_id指针；全部不匹配返回NULL。
参数：
matches
驱动定义的设备树兼容列表数组，必须以
.compatible = NULL结尾做哨兵，内核靠 NULL 判断遍历终止。node
内核中代表一个设备树节点的结构体指针，包含
name、compatible属性字符串、reg、中断等信息，一般从platform_get_device()->of_node获取。
返回值:
- 非 NULL：匹配到的
of_device_id结构体指针，可读取.data私有数据； - NULL：该设备树节点不在驱动支持列表内，不绑定此驱动。
rk3568私有信息
1）rk3568_pin_ctrl
rk3568_pin_ctrl是SOC rk358的rockchip_pin_ctrl大表，该表包含：多少个bank、每个bank多少引脚、默认iomux/drv基础偏移、特殊引脚规则等。
staticstructrockchip_pin_ctrlrk3568_pin_ctrl __maybe_unused={/*指向 rk3568_pin_banks[] 数组，数组内每一项是 struct rockchip_pin_bank 对应GPIO0~GPIO4五个GPIO域*/.pin_banks=rk3568_pin_banks,.nr_banks=ARRAY_SIZE(rk3568_pin_banks),.label="RK3568-GPIO",.type=RK3568,.grf_mux_offset=0x0,.pmu_mux_offset=0x0,.grf_drv_offset=0x0200,.pmu_drv_offset=0x0070,.iomux_routes=rk3568_mux_route_data,.niomux_routes=ARRAY_SIZE(rk3568_mux_route_data),c.pull_calc_reg=rk3568_calc_pull_reg_and_bit,.drv_calc_reg=rk3568_calc_drv_reg_and_bit,.slew_rate_calc_reg=rk3568_calc_slew_rate_reg_and_bit,.schmitt_calc_reg=rk3568_calc_schmitt_reg_and_bit,};rk3568_pin_banks
数组rk3568_pin_banks[]描述了GPIO0~GPIO4五个GPIO控制器信息：
staticstructrockchip_pin_bankrk3568_pin_banks[]={PIN_BANK_IOMUX_FLAGS(0,32,"gpio0",IOMUX_SOURCE_PMU|IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_SOURCE_PMU|IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_SOURCE_PMU|IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_SOURCE_PMU|IOMUX_WIDTH_4BIT),PIN_BANK_IOMUX_FLAGS(1,32,"gpio1",IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT),PIN_BANK_IOMUX_FLAGS(2,32,"gpio2",IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT),PIN_BANK_IOMUX_FLAGS(3,32,"gpio3",IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT),PIN_BANK_IOMUX_FLAGS(4,32,"gpio4",IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT,IOMUX_WIDTH_4BIT),};其中宏PIN_BANK_IOMUX_FLAGS定义如下：
#definePIN_BANK_IOMUX_FLAGS(id,pins,label,iom0,iom1,iom2,iom3)\{\.bank_num=id,\.nr_pins=pins,\.name=label,\//数组，用于描述一个Bank内4组IOMUX复用源.iomux={\/*type：标志位合集（寄存器归属 GRF/PMU、MUX 位宽 2/3/4bit、是否需要特殊修正等） offset：该组复用功能寄存器在 GRF/PMU 内字节偏移；*/{.type=iom0,.offset=-1},\{.type=iom1,.offset=-1},\{.type=iom2,.offset=-1},\{.type=iom3,.offset=-1},\},\}比如gpio4定义如下：
.bank_num=4.nr_pins=32.name="gpio4".iomux={{.type=IOMUX_WIDTH_4BIT，.offset=-1}，{.type=IOMUX_WIDTH_4BIT，.offset=-1}，{.type=IOMUX_WIDTH_4BIT，.offset=-1}，{.type=IOMUX_WIDTH_4BIT，.offset=-1}，}，rk3568_mux_route_data
rk3568_mux_route_data是引脚功能强制路由锁定表，属于 RK3568 硬件特殊引脚补丁。部分外设（CAN、SPI、SDIO、ETH、PWM 等）存在多路引脚选择寄存器，不在常规PIN MUX寄存器里，而是在GRF额外路由控制寄存器，用来二选一或多选一硬件通路。内核驱动通过这张表，在 pinctrl 配置对应功能时，自动顺带改写路由寄存器，完成硬件通路切换。
staticstructrockchip_mux_route_datark3568_mux_route_data[]={......RK_MUXROUTE_GRF(4,RK_PC3,3,0x0300,WRITE_MASK_VAL(2,2,1)),/* CAN1 IO mux M1 */......};2）四大寄存器位计算回调函数
四大寄存器位计算回调函数功能如下：
| 回调函数 | 作用 | 硬件配置项 |
|---|---|---|
| pull_calc_reg | 计算上下拉寄存器地址与bit位 | pull-up /pull-down/高阻 |
| drv_calc_reg | 驱动强度寄存器地址与bit位 | 2mA/4mA/8mA/12mA驱动能力 |
| slew_rate_calc_reg | 压摆率寄存器地址与bit位 | 上升/下降沿快慢，EMC优化 |
| schmitt_calc_reg | 施密特触发器寄存器地址与bit位 | 输入施密特开启 / 关闭，抗干扰 |
3）其他成员
此外瑞芯微其他SOC可能还会包括以下成员：
ctrl_data_re_init：芯片级数据二次修正回调，RK3568 硬件规整无需运行时修正；
soc_data_init：probe 后期 SOC 私有初始化回调，RK3568 无特殊 errata 修复逻辑。
4）pinctrl初始化
rk平台pinctrl控制器驱动初始化入口函数 rockchip_pinctrl_probe()，其调用流程如下：
其中用于初始化私有信息函数rockchip_pinctrl_get_soc_data()，该函数主要功能：
- 通过设备树
compatible匹配，取出当前芯片静态硬件引脚描述表rockchip_pin_ctrl； - 对该表做运行时动态二次修正（PX30S 特殊兼容、芯片私有重初始化回调）；
- 遍历每一个 GPIO Bank，自动递推计算每一组 IOMUX 复用寄存器、驱动强度 DRV 寄存器在 GRF/PMU 中的偏移地址；
- 为每个 Bank 填充：自旋锁、父驱动私有指针、引脚基地址、特殊引脚掩码（recalced_mask/route_mask）；
- 返回修正完成的
rockchip_pin_ctrl *ctrl给上层 probe 使用。
