一、问题提出

i2c的设备树和驱动是如何匹配以及何时调用probe的？粉丝手里的I2C外设是ov5640，一个摄像头。

二、问题分析

设备树信息如下：

 ov5640: ov5640@3c {
  compatible = "ovti,ov5640"; 
  reg = <0x3c>;
  pinctrl-names = "default";
  pinctrl-0 = <&pinctrl_csi1
                             &csi_pwn_rst>;
  clocks = <&clks IMX6UL_CLK_CSI>;
  clock-names = "csi_mclk";
  pwn-gpios = <&gpio1 4 1>;
  rst-gpios = <&gpio1 2 0>;
  csi_id = <0>;
  mclk = <24000000>;
  mclk_source = <0>;
  status = "okay";
  port {
   ov5640_ep: endpoint {
    remote-endpoint = <&csi1_ep>;
   };
  };
 };

驱动最重要的结构体如下：

要搞懂这个问题，我们需要有一些基础知识：

1.内核如何维护i2c总线

Linux内核维护很多总线，platform、usb、i2c、spi、pci等等，这个总线的架构在内核中都支持的很完善，内核通过以下结构体来维护总线：

struct bus_type {
 const char  *name;
 const char  *dev_name;
 struct device  *dev_root;
 struct device_attribute *dev_attrs; /* use dev_groups instead */
 const struct attribute_group **bus_groups;
 const struct attribute_group **dev_groups;
 const struct attribute_group **drv_groups;

 int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
 int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
 int (*probe)(struct device *dev);
 int (*remove)(struct device *dev);
 void (*shutdown)(struct device *dev);

 int (*online)(struct device *dev);
 int (*offline)(struct device *dev);

 int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state);
 int (*resume)(struct device *dev);

 const struct dev_pm_ops *pm;

 struct iommu_ops *iommu_ops;

 struct subsys_private *p;
 struct lock_class_key lock_key;
};

i2c对应总线结构体变量为i2c_bus_type，定义如下：

drivers/i2c/I2c-core.c 

struct bus_type i2c_bus_type = {
 .name  = "i2c",
 .match  = i2c_device_match,
 .probe  = i2c_device_probe,
 .remove  = i2c_device_remove,
 .shutdown = i2c_device_shutdown,
 .pm  = &i2c_device_pm_ops,
};

其中：

1. i2c_device_match(),匹配总线维护的驱动链表和设备信息链表，如果其中名字完全相同，则返回true，否则false；
2. i2c_device_probe(),当我们注册一个i2c_drive或者i2c_client结构体时，会从对应的链表中查找节点，并通过i2c_device_match函数比较，如果匹配成功，则调用i2c_drive中定义的probe函数，即ov5640的ov5640_probe()函数；
3. remove：如果卸载i2c_drive或者i2c_client结构体，会调用该函数卸载对应的资源；
4. shutdown、pm是电源管理的接口，在此不讨论。

该结构体变量在函数i2c_init()中初始化：

static int __init i2c_init(void)
{
 …………
 retval = bus_register(&i2c_bus_type);
 …………
}

i2c架构是通用架构，可支持多种不同的i2c控制器驱动。

2. i2c架构如何如何管理硬件信息和驱动？

不论哪一种总线，一定会维护两个链表，一个是驱动链表，一个是硬件信息链表。链表如下：

i2c总线的两个节点信息如下：

「struct i2c_driver」

struct i2c_driver {
 unsigned int class;

 /* Notifies the driver that a new bus has appeared. You should avoid
  * using this, it will be removed in a near future.
  */
 int (*attach_adapter)(struct i2c_adapter *) __deprecated;

 /* Standard driver model interfaces */
 int (*probe)(struct i2c_client *, const struct i2c_device_id *);
 int (*remove)(struct i2c_client *);

 /* driver model interfaces that don't relate to enumeration  */
 void (*shutdown)(struct i2c_client *);
 int (*suspend)(struct i2c_client *, pm_message_t mesg);
 int (*resume)(struct i2c_client *);

 /* Alert callback, for example for the SMBus alert protocol.
  * The format and meaning of the data value depends on the protocol.
  * For the SMBus alert protocol, there is a single bit of data passed
  * as the alert response's low bit ("event flag").
  */
 void (*alert)(struct i2c_client *, unsigned int data);

 /* a ioctl like command that can be used to perform specific functions
  * with the device.
  */
 int (*command)(struct i2c_client *client, unsigned int cmd, void *arg);

 struct device_driver driver;
 const struct i2c_device_id *id_table;

 /* Device detection callback for automatic device creation */
 int (*detect)(struct i2c_client *, struct i2c_board_info *);
 const unsigned short *address_list;
 struct list_head clients;
};

1. 当总线匹配驱动和硬件信息成功后就会调用其中的probe()函数；
2. struct device_driver driver，内核中注册的驱动模块，必须包含该类型的结构体成员。

「struct i2c_client」

3. i2c_driver和i2c_client

1) i2c_driver如何注册

i2c_driver结构需要我们自己定义，然后通过函数i2c_register_driver()注册，将该结构体变量注册到i2c_driver链表，同时从i2c_client链表中查找是否有匹配的节点:

设备树情况下，会比较i2c_drive->driver->of_match_table->compatible和i2c_client->name，对应例子中的of_ov5640_id：

非设备树比较i2c_drive->id_table->name和i2c_client->name，对应例子中的ov5640_id：

代码中并没有直接调用函数i2c_register_driver()注册，而是使用了下面的这个宏：该宏定义如下：

include/linux/I2c.h

该宏其实自动帮我生成了insmod和rmmod会用到宏module_init和module_exit，以及注册和注销i2c_driver结构体的代码。

如果看不明白宏，可以编写测试文件：test.c

#define module_i2c_driver(__i2c_driver) \
 module_driver(__i2c_driver, i2c_add_driver, \
   i2c_del_driver)
   
#define module_driver(__driver, __register, __unregister, ...) \
static int __init __driver##_init(void) \
{ \
 return __register(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_init(__driver##_init); \
static void __exit __driver##_exit(void) \
{ \
 __unregister(&(__driver) , ##__VA_ARGS__); \
} \
module_exit(__driver##_exit);

module_i2c_drive(ov5640_i2c_driver);

预编译:

gcc -E test.c

得到宏替换后的结果：

static int __init ov5640_i2c_driver_init(void) 
{
  return i2c_add_driver(&(ov5640_i2c_driver)); 
} 
module_init(ov5640_i2c_driver_init); 
static void __exit ov5640_i2c_driver_exit(void) 
{
 i2c_del_driver(&(ov5640_i2c_driver)); 
} 
module_exit(ov5640_i2c_driver_exit);;

内核中有大量的高效简洁的宏定义，Linux内核就是个宝库，里面有大量的优秀的代码，想提高自己的编程能力，就一定要多看代码，代码读百遍，其义自见。

一口君认为，如果Linux代码都看不太明白，就不要自称精通C语言，充其量是会用C语言。

2）i2c_client如何生成(只讨论有设备树的情况)

在有设备树的情况下，i2c_client的生成是要在控制器驱动adapter注册情况下从设备树中枚举出来的。

i2c控制器有很多种，不同的厂家都会设计自己特有的i2c控制器，但是不论哪一个控制器，最终都会调用 i2c_register_adapter()注册控制器驱动。

i2c_client生成流程如下：

三、 i2c的设备树和驱动是如何匹配以及何时调用probe？

1.  i2c的设备树和驱动是如何match，何时调用probe？

从第二章第3节可知，驱动程序中 module_i2c_drive()这个宏其实最终是调用 i2c_add_driver(&(ov5640_i2c_driver));注册ov5640_i2c_driver结构体；当我们insmod加载驱动模块文件时，会调用i2c_add_driver()。

该函数定义如下：

#define i2c_add_driver(driver) \
 i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver)

下面我们来追踪i2c_register_driver()这个函数：

其中drv->bus就是我们之前所说的i2c_bus_type，上图中，分别调用了.match、.probe：

struct bus_type i2c_bus_type = {
 .name  = "i2c",
 .match  = i2c_device_match,
 .probe  = i2c_device_probe,
 .remove  = i2c_device_remove,
 .shutdown = i2c_device_shutdown,
 .pm  = &i2c_device_pm_ops,
};

下面我们来追一追这两个函数

2. i2c_device_match()

3. i2c_device_probe

如下图所示，通过driver->probe()调用到我们定义的struct i2c_driver ov5640_i2c_driver结构体变量中的ov5640_probe()函数：

【注意】 内核代码中大量使用到driver = to_i2c_driver(dev->driver);通过通用的结构体变量成员struct device_driver *driver来查找自己注册的xx_driver地址。