在Linux内核中，总线、设备和驱动三者构成了设备模型的核心，它们之间依靠匹配机制协同工作，实现了硬件资源的动态发现、管理和驱动加载。下面简单梳理它们的关系。

总线

• bus_type 定义：include/linux/device.h

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;

	const struct iommu_ops *iommu_ops;

	struct subsys_private *p;
	struct lock_class_key lock_key;
};

以下是针对 struct bus_type（总线类型结构体）的详细说明。该结构体在 Linux 设备模型中扮演核心角色，用于表示系统中的一个总线，如 PCI、USB、I2C 等。总线是处理器与其下挂载设备之间的通道，即使某些总线是内部的或虚拟的（如平台总线），也由其统一管理。

结构体字段详细说明

1. name
   类型：const char *
   作用：总线的名称，如 “pci”、”usb”、”i2c” 等。这是总线的唯一标识，用于在系统中注册和识别总线类型。
2. dev_name
   类型：const char *
   作用：用于子系统为设备生成名称的格式化字符串模板（如 “foo%u”，其中 %u 会被设备 ID 替换），便于在 /sys/bus/ 下统一命名设备节点。
3. dev_root
   类型：struct device *
   作用：指向该总线的默认父设备。在设备注册时，若无显式指定父设备，则使用此设备作为父节点（通常在 sysfs 中体现为设备的上级目录）。
4. dev_attrs（已弃用）
   类型：struct device_attribute *
   作用：总线上设备的默认属性数组（旧版接口），现推荐使用 dev_groups 替代。属性用于在 sysfs 中暴露设备信息（如设备号、状态等）。
5. bus_groups
   类型：const struct attribute_group **
   作用：总线本身的属性组，用于在 sysfs 的总线目录（如 /sys/bus/pci/）下创建属性文件，例如总线的版本号、支持的功能等。
6. dev_groups
   类型：const struct attribute_group **
   作用：总线上所有设备的默认属性组。当设备注册到该总线时，这些属性会自动添加到设备的 sysfs 目录中，无需每个设备驱动单独定义。
7. drv_groups
   类型：const struct attribute_group **
   作用：总线上设备驱动的默认属性组。这些属性会添加到每个注册到该总线的驱动的 sysfs 目录中，用于展示或配置驱动相关参数。

关键方法（回调函数）：

8. match
   函数签名：int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv)
   作用：当新设备或驱动添加到总线时调用，判断设备是否可由指定驱动处理。返回非零值表示匹配成功，触发后续的 probe 操作。
9. uevent
   函数签名：int (*uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env)
   作用：在设备添加、移除或状态变更时调用，用于向用户空间发送 uevent 事件（如 udev 规则触发），并可添加自定义环境变量。
10. probe
    函数签名：int (*probe)(struct device *dev)
    作用：当设备与驱动匹配成功后调用，负责初始化设备。通常会调用具体设备驱动的 probe 函数完成硬件检测和资源配置。
11. remove
    函数签名：int (*remove)(struct device *dev)
    作用：当设备从总线移除时调用，用于清理资源、注销设备，防止内存泄漏或资源冲突。
12. shutdown
    函数签名：void (*shutdown)(struct device *dev)
    作用：在系统关机时调用，确保设备安全进入静默状态，停止所有操作。

电源管理相关方法：

13. online / offline
    函数签名：int (*online)(struct device *dev) / int (*offline)(struct device *dev)
    作用：用于设备的热插拔管理。online 将设备重新上线（如恢复电源），offline 则使设备离线（如准备热移除），执行失败会阻止操作。
14. suspend / resume
    函数签名：int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state) / int (*resume)(struct device *dev)
    作用：设备睡眠/唤醒回调。suspend 将设备置为低功耗状态，resume 恢复其正常运行。state 参数指定睡眠的深度（如待机、休眠）。
15. pm
    类型：const struct dev_pm_ops *
    作用：指向电源管理操作集的结构体，包含更细粒度的 PM 回调（如 runtime_suspend、runtime_resume），委托给具体设备驱动的 PM 实现。

其他字段：

16. iommu_ops
    类型：const struct iommu_ops *
    作用：IOMMU（输入输出内存管理单元）相关操作，用于总线级别的地址翻译和设备隔离，常用于虚拟化或安全场景。
17. p
    类型：struct subsys_private *
    作用：驱动核心私有数据，仅由内核设备模型内部使用，包含设备链表、驱动链表、互斥锁等，对外不可见。
18. lock_key
    类型：struct lock_class_key
    作用：锁验证器（lockdep）使用的锁分类键，用于调试内核中的锁依赖关系，防止死锁。

struct bus_type 是 Linux 设备模型的核心组件，通过统一的接口管理总线行为，包括设备枚举、驱动匹配、电源管理、sysfs 属性展示等。它使不同总线（如物理的 PCI 或虚拟的平台总线）能够以一致的方式集成到内核中，支持动态设备发现和热插拔。

驱动

• device_driver定义：include/linux/device.h

struct device_driver {
	const char		*name;
	struct bus_type		*bus;

	struct module		*owner;
	const char		*mod_name;	/* used for built-in modules */

	bool suppress_bind_attrs;	/* disables bind/unbind via sysfs */
	enum probe_type probe_type;

	const struct of_device_id	*of_match_table;
	const struct acpi_device_id	*acpi_match_table;

	int (*probe) (struct device *dev);
	int (*remove) (struct device *dev);
	void (*shutdown) (struct device *dev);
	int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
	int (*resume) (struct device *dev);
	const struct attribute_group **groups;

	const struct dev_pm_ops *pm;

	struct driver_private *p;
};

以下是针对 struct device_driver（设备驱动结构体）的详细说明。该结构体在 Linux 设备模型中用于表示一个设备驱动程序，负责管理特定类型的设备，并与总线协同工作来实现设备的初始化、操作和电源管理。

结构体字段详细说明

1. name
   类型：const char *
   作用：驱动的名称，在系统中唯一标识该驱动。通常与驱动模块的名称一致（如 “e1000” 用于 Intel 网卡驱动）。在 /sys/bus/xxx/drivers/ 目录下会以其命名。
2. bus
   类型：struct bus_type *
   作用：指向该驱动所属的总线类型（如 &pci_bus_type）。驱动必须注册到对应的总线，以便总线核心在设备枚举时调用驱动的 probe 函数。
3. owner
   类型：struct module *
   作用：指向拥有该驱动的模块（通常使用 THIS_MODULE）。用于模块引用计数管理，防止驱动模块在设备仍在使用时被卸载。
4. mod_name
   类型：const char *
   作用：内置模块（built-in）的名称。对于编译进内核的驱动，此字段指定模块名，用于调试或日志记录。
5. suppress_bind_attrs
   类型：bool
   作用：若为 true，则禁止通过 sysfs 进行驱动的绑定（bind）和解绑（unbind）操作。常用于核心驱动，避免用户空间意外导致设备失效。
6. probe_type
   类型：enum probe_type
   作用：指定驱动的探测类型，影响设备与驱动的匹配时机。可选值包括：
   PROBE_FORCE_SYNCHRONOUS：强制同步探测。
   PROBE_DEFAULT_STRATEGY：默认异步探测等。
7. of_match_table
   类型：const struct of_device_id *
   作用：设备树（Device Tree）匹配表，用于描述驱动支持的设备树兼容性字符串（如 { .compatible = “vendor,device” }）。在嵌入式系统中，设备树节点通过此表与驱动匹配。
8. acpi_match_table
   类型：const struct acpi_device_id *
   作用：ACPI（高级配置与电源接口）设备匹配表，用于 ACPI 系统中的设备标识匹配。

关键操作回调函数：

9. probe
   函数签名：int (*probe)(struct device *dev)
   作用：当设备与驱动通过总线匹配成功后调用。驱动在此函数中初始化设备、分配资源、注册中断等。返回 0 表示成功，负数表示错误。
10. remove
    函数签名：int (*remove)(struct device *dev)
    作用：当设备断开或驱动卸载时调用，用于释放资源、注销中断、清理设备状态。
11. shutdown
    函数签名：void (*shutdown)(struct device *dev)
    作用：系统关机时调用，确保设备安全停止操作（如关闭电源、保存状态）。
12. suspend / resume
    函数签名：int (*suspend)(struct device *dev, pm_message_t state) / int (*resume)(struct device *dev)
    作用：设备电源管理回调。suspend 将设备置为低功耗状态，resume 恢复设备运行。state 参数指定休眠深度（如 PM_SUSPEND_TO_RAM）。

其他字段：

13. groups
    类型：const struct attribute_group **
    作用：驱动的默认属性组，用于在 sysfs 的驱动目录（如 /sys/bus/pci/drivers/e1000/）下自动创建属性文件，暴露驱动信息或配置选项。
14. pm
    类型：const struct dev_pm_ops *
    作用：指向电源管理操作集的指针，包含更细粒度的电源管理回调（如 runtime_suspend、runtime_resume），用于设备运行时电源控制。
15. p
    类型：struct driver_private *
    作用：驱动核心的私有数据，由设备模型内部使用，包含驱动状态、设备链表、锁等，对外部透明。

struct device_driver 是 Linux 设备驱动框架的核心结构体，它定义了驱动与总线、设备的交互接口。通过实现其回调函数（如 probe、remove），驱动能够响应设备的生命周期事件。结合设备树或 ACPI 的匹配机制，它支持动态设备发现和自动加载，是实现硬件抽象和跨平台兼容性的关键。

设备

• device定义：include/linux/device.h

struct device {
	struct device		*parent;

	struct device_private	*p;

	struct kobject kobj;
	const char		*init_name; /* initial name of the device */
	const struct device_type *type;

	struct mutex		mutex;	/* mutex to synchronize calls to
					 * its driver.
					 */

	struct bus_type	*bus;		/* type of bus device is on */
	struct device_driver *driver;	/* which driver has allocated this
					   device */
	void		*platform_data;	/* Platform specific data, device
					   core doesn't touch it */
	void		*driver_data;	/* Driver data, set and get with
					   dev_set/get_drvdata */
	struct dev_pm_info	power;
	struct dev_pm_domain	*pm_domain;

#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ_DOMAIN
	struct irq_domain	*msi_domain;
#endif
#ifdef CONFIG_PINCTRL
	struct dev_pin_info	*pins;
#endif
#ifdef CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ
	struct list_head	msi_list;
#endif

#ifdef CONFIG_NUMA
	int		numa_node;	/* NUMA node this device is close to */
#endif
	u64		*dma_mask;	/* dma mask (if dma'able device) */
	u64		coherent_dma_mask;/* Like dma_mask, but for
					     alloc_coherent mappings as
					     not all hardware supports
					     64 bit addresses for consistent
					     allocations such descriptors. */
	unsigned long	dma_pfn_offset;

	struct device_dma_parameters *dma_parms;

	struct list_head	dma_pools;	/* dma pools (if dma'ble) */

	struct dma_coherent_mem	*dma_mem; /* internal for coherent mem
					     override */
#ifdef CONFIG_DMA_CMA
	struct cma *cma_area;		/* contiguous memory area for dma
					   allocations */
#endif
	/* arch specific additions */
	struct dev_archdata	archdata;

	struct device_node	*of_node; /* associated device tree node */
	struct fwnode_handle	*fwnode; /* firmware device node */

	dev_t			devt;	/* dev_t, creates the sysfs "dev" */
	u32			id;	/* device instance */

	spinlock_t		devres_lock;
	struct list_head	devres_head;

	struct klist_node	knode_class;
	struct class		*class;
	const struct attribute_group **groups;	/* optional groups */

	void	(*release)(struct device *dev);
	struct iommu_group	*iommu_group;

	bool			offline_disabled:1;
	bool			offline:1;
};

以下是 struct device（设备结构体）的详细说明。该结构体是Linux设备模型中最核心的数据结构之一，用于表示系统中的每个物理或逻辑设备，并管理设备的生命周期、资源、电源管理、与总线和驱动的关联等。

结构体字段详细说明

1. parent
   类型：struct device *
   作用：指向父设备的指针，用于构建设备层次结构。在sysfs中表现为目录嵌套关系（如USB设备以USB控制器为父设备）。
2. p
   类型：struct device_private *
   作用：设备核心的私有数据，仅由设备模型内部使用，包含设备状态、链表、锁等管理信息。
3. kobj
   类型：struct kobject
   作用：内嵌的kobject核心对象，负责设备的sysfs表示、引用计数管理和热插拔事件（uevent）基础。
4. init_name
   类型：const char *
   作用：设备的初始名称。如果未设置，内核在注册时会根据总线或设备ID自动生成名称。
5. type
   类型：const struct device_type *
   作用：指向设备类型的指针，定义特定类型设备的通用属性和操作（如网络设备、块设备等特有行为）。
6. mutex
   类型：struct mutex
   作用：互斥锁，用于同步对设备的操作（如probe、remove），防止并发访问导致竞态条件。
7. bus
   类型：struct bus_type *
   作用：设备所属的总线类型（如&pci_bus_type）。总线核心通过此字段管理设备的匹配与探测流程。
8. driver
   类型：struct device_driver *
   作用：指向当前绑定到该设备的驱动。在总线匹配成功后由设备模型设置，用于驱动与设备的关联。
9. platform_data
   类型：void *
   作用：平台相关的私有数据，由板级代码或固件传递，驱动可读取但设备核心不修改（如硬件配置参数）。
10. driver_data
    类型：void *
    作用：驱动的私有数据，通过dev_set_drvdata()/dev_get_drvdata()访问，用于存储驱动实例的上下文信息。
11. power
    类型：struct dev_pm_info
    作用：设备的电源管理状态信息，包括当前电源状态、唤醒能力等。
12. pm_domain
    类型：struct dev_pm_domain *
    作用：指向电源管理域的指针，用于对一组设备进行统一的电源状态控制（如SoC子系统的电源管理）。
13. msi_domain（条件编译）
    类型：struct irq_domain *
    作用：MSI（消息信号中断）中断域，用于管理设备的高级中断功能（需开启CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ_DOMAIN）。
14. pins（条件编译）
    类型：struct dev_pin_info *
    作用：设备引脚控制信息，用于管理引脚复用、配置状态（需开启CONFIG_PINCTRL）。
15. msi_list（条件编译）
    类型：struct list_head
    作用：MSI中断描述符链表，维护设备使用的MSI中断列表（需开启CONFIG_GENERIC_MSI_IRQ）。
16. numa_node（条件编译）
    类型：int
    作用：设备所在的NUMA节点编号，用于优化内存分配（使内存接近设备，需开启CONFIG_NUMA）。
17. dma_mask
    类型：u64 *
    作用：DMA地址掩码，限制设备DMA可访问的内存地址范围（如32位设备设置为0xFFFFFFFF）。
18. coherent_dma_mask
    类型：u64
    作用：一致性DMA掩码，用于分配设备与CPU共享缓存的一致性内存映射。
19. dma_pfn_offset
    类型：unsigned long
    作用：物理地址与DMA地址的页框号偏移，用于处理IOMMU或特殊内存布局的平台。
20. dma_parms
    类型：struct device_dma_parameters *
    作用：DMA参数配置，包括最大段大小、段数量等，用于优化DMA映射操作。
21. dma_pools
    类型：struct list_head
    作用：DMA内存池链表，用于管理小对象DMA内存的分配与释放。
22. dma_mem
    类型：struct dma_coherent_mem *
    作用：指向设备的一致性DMA内存区域，用于覆盖默认的DMA分配器。
23. cma_area（条件编译）
    类型：struct cma *
    作用：连续内存分配器（CMA）区域，用于DMA内存的预留管理（需开启CONFIG_DMA_CMA）。
24. archdata
    类型：struct dev_archdata
    作用：架构相关的私有数据，由各CPU平台自行定义和使用。
25. of_node
    类型：struct device_node *
    作用：指向设备树（Device Tree）中对应节点的指针，用于从设备树获取配置信息（如寄存器地址、中断号）。
26. fwnode
    类型：struct fwnode_handle *
    作用：通用固件节点句柄，支持设备树、ACPI等多种固件接口。
27. devt
    类型：dev_t
    作用：设备号，用于在/dev目录下创建设备文件节点。
28. id
    类型：u32
    作用：设备实例ID，用于区分同类型的多个设备（如多个网卡序号）。
29. devres_lock
    类型：spinlock_t
    作用：设备资源（devres）管理的自旋锁，保护资源链表的并发访问。
30. devres_head
    类型：struct list_head
    作用：设备资源链表头，用于自动管理驱动分配的资源（避免资源泄漏）。
31. knode_class
    类型：struct klist_node
    作用：链表节点，用于将设备链接到所属的设备类（如class）中。
32. class
    类型：struct class *
    作用：设备所属的类别（如”input”、”block”），用于在/sys/class/下分类管理设备。
33. groups
    类型：const struct attribute_group **
    作用：设备的默认属性组，在sysfs中自动创建属性文件（如设备信息、状态等）。
34. release
    类型：void (*release)(struct device *dev)
    作用：设备引用计数归零时调用的回调函数，负责释放设备占用的资源。每个设备必须实现此函数。
35. iommu_group
    类型：struct iommu_group *
    作用：IOMMU组指针，用于管理共享IOMMU域的设备（如PCIe设备透传）。
36. offline_disabled
    类型：bool
    作用：如果为true，则禁止设备离线（如关键设备不允许热插拔）。
37. offline
    类型：bool
    作用：标识设备当前是否处于离线状态（如热插拔移除后）。

struct device 是Linux设备模型的核心结构体，它抽象了系统中所有物理或逻辑设备的通用属性和行为。通过层次化结构（parent）、总线关联（bus）、驱动绑定（driver）和资源管理（DMA、电源、中断等），实现了设备的统一管理。其设计支持动态设备发现、热插拔、跨平台兼容性，是驱动开发者和内核管理硬件的基础框架。

核心关系概述

总线作为平台，设备作为硬件实体，驱动作为软件控制者，三者形成”总线承载设备，驱动控制设备”的协作模式。