1# SysFS
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3:::{note}
4本文作者：黄厅
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6Email: <huangting@DragonOS.org>
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9## 1. SysFS和设备驱动模型
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11### 1.1. 设备、驱动、总线等彼此之间关系错综复杂
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13&emsp;&emsp;如果想让内核运行流畅，那就必须为每个模块编码实现这些功能。如此一来，内核将变得非常臃肿、冗余。而设备模型的理念即是将这些代码抽象成各模块共用的框架，这样不但代码简洁了，也可让设备驱动开发者摆脱这本让人头痛但又必不可少的一劫，将有限的精力放于设备差异性的实现。
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15&emsp;&emsp;设备模型恰是提供了一个模板，一个被证明过的最优的思路和流程，这减少了开发者设计过程中不必要的错误，也给以后的维护扫除了障碍。
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17### 1.2. sysfs是一个基于内存的文件系统，它的作用是将内核信息以文件的方式提供给用户程序使用。
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19&emsp;&emsp;sysfs可以看成与proc,devfs和devpty同类别的文件系统，该文件系统是虚拟的文件系统，可以更方便对系统设备进行管理。它可以产生一个包含所有系统硬件层次视图，与提供进程和状态信息的proc文件系统十分类似。sysfs把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，它们可以由用户空间存取，向用户空间导出内核的数据结构以及它们的属性。
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21## 2. DragosOS中的设备驱动模型
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23### 2.1 由设备和驱动构成基本元素
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25#### 2.1.1. 设备
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27```rust
28/// @brief: 所有设备都应该实现该trait
29pub trait Device: Any + Send + Sync + Debug {}
30```
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32&emsp;&emsp;DragonOS采用全局设备管理器管理系统中所有的设备。
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34```rust
35/// @brief Device管理器
36#[derive(Debug, Clone)]
37pub struct DeviceManager {
38    devices: BTreeMap<IdTable, Arc<dyn Device>>, // 所有设备
39    sys_info: Option<Arc<dyn IndexNode>>,  // sys information
40}
41```
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43#### 2.1.2. 驱动
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45```rust
46/// @brief: 所有驱动驱动都应该实现该trait
47pub trait Driver: Any + Send + Sync + Debug {}
48```
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50&emsp;&emsp;同样的，驱动也使用全局的驱动管理器来管理
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52```rust
53/// @brief: 驱动管理器
54#[derive(Debug, Clone)]
55pub struct DriverManager {
56    drivers: BTreeMap<IdTable, Arc<dyn Driver>>, // 所有驱动
57    sys_info: Option<Arc<dyn IndexNode>>, // sys information
58}
59```
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61### 2.2. 总线
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63&emsp;&emsp;总线属于设备的一种类型，同样需要驱动来初始化，同时由于总线的特殊性，使用全局的总线管理器来进行管理。
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65```rust
66/// @brief: 总线驱动trait，所有总线驱动都应实现该trait
67pub trait BusDriver: Driver {}
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69/// @brief: 总线设备trait，所有总线都应实现该trait
70pub trait Bus: Device {}
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72/// @brief: 总线管理结构体
73#[derive(Debug, Clone)]
74pub struct BusManager {
75    buses: BTreeMap<IdTable, Arc<dyn Bus>>,          // 总线设备表
76    bus_drvs: BTreeMap<IdTable, Arc<dyn BusDriver>>, // 总线驱动表
77    sys_info: Option<Arc<dyn IndexNode>>,            // 总线inode
78}
79```
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81&emsp;&emsp;可以看到，每个管理器中均存在sys_info，设备模型通过该成员与sysfs建立联系，sys_info指向sysfs中唯一的inode。对于device而言，对应sysfs下的devices文件夹，其他亦是如此。
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83## 3. 驱动开发如何进行
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85&emsp;&emsp;以平台总线platform为例，platform总线是一种虚拟总线，可以对挂载在其上的设备和驱动进行匹配，并驱动设备。该总线是一类设备，同时也是一类总线，编程时需要创建该设备实例，并为设备实例实现Device trait和Bus trait，以表明该结构是一类总线设备。同时，应该实现总线上的匹配规则，不同的总线匹配规则不同，该总线采用匹配表方式进行匹配，设备和驱动都应该存在一份匹配表，表示驱动支持的设备以及设备支持的驱动。
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87```rust
88pub struct CompatibleTable(BTreeSet<&'static str>);
89```
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91&emsp;&emsp;对于bus设备而言，需要调用bus_register，将bus注册进系统，并在sysfs中可视化。
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93```rust
94/// @brief: 总线注册，将总线加入全局总线管理器中，并根据id table在sys/bus和sys/devices下生成文件夹
95/// @parameter bus: Bus设备实体
96/// @return: 成功:()   失败:DeviceError
97pub fn bus_register<T: Bus>(bus: Arc<T>) -> Result<(), DeviceError> {
98    BUS_MANAGER.add_bus(bus.get_id_table(), bus.clone());
99    match sys_bus_register(&bus.get_id_table().to_name()) {
100        Ok(inode) => {
101            let _ = sys_bus_init(&inode);
102            return device_register(bus);
103        }
104        Err(_) => Err(DeviceError::RegisterError),
105    }
106}
107```
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109&emsp;&emsp;通过bus_register源码可知，该函数不仅在sysfs/bus下生成总线文件夹，同时内部调用device_register，该函数将总线加入设备管理器中，同时在sys/devices下生成设备文件夹。
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