linux设备树
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1.为何要使用设备树(DeviceTree)?
在先前的内核源码中,存在大量对板级细节信息描述的代码,这种代码参杂在/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx目录,对内核而言这种platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各类硬件的platform_data绝大多数纯属垃圾冗余代码。为了解决这一问题,ARM内核版本3.x以后引入了原本在PowerPC等其他体系构架早已使用的FlattenedDeviceTree。DTS不是arm的专利
在使用了设备树后linux移植时需要编译设备树文件吗,对于同一SOC的不同显卡,只需更换设备树文件.dtb即可实现不同显卡的无差别支持,而无需更换内核文件。
2.设备树的的组成和结构
设备树可以描述的信息包括了
1.CPU的数目和类别、
2.显存基地址和大小、
3.总线和桥、
4.外设联接、
5.中断控制器和中断使用情况、
6.GPIO控制器和GPIO使用情况、
7.Clock控制器和Clock使用情况。
须要注意的是,设备树对于可热拔插的热备不进行具体描述,它只描述用于控制该热拔插设备的控制器
2.1设备树的组成
设备树包含了DTC(devicetreecompiler),DTS(devicetreeresource)和DTB(devicetreeblob),简单来说,dts是源码,dtc是编译器,dtb是生成的可执行文件
2.1.1DTS和DTSI
.dts和.dtsi是一种ASCII文本的设备树描述,此文本格式非常适合人们阅读,基本上,一个.dts对应一种ARM设备,放在arch/arm/boot/dts目录,由于一个soc对应好多个不同的开发板,每个开发板有一个.dts,所以这些dts势必有共同部分,为了减少代码的屯余,设备树将这些共同部分提炼保存在dtsi中,供不同的dts使用,dtsi文件类似于c语言的头文件
2.1.2DTC
DTC为编译工具,它可以将.dts文件编译成.dtb文件。DTC的源码坐落内核的scripts/dtc目录,内核选中CONFIG_OF,编译内核的时侯linux命令chm,主机可执行程序DTC都会被编译下来
2.1.3DTB
DTB设备由DTC编译后的二补码格式的设备树描述,可以由linux内核解析,uboot这样的bootloader也可以辨识.dtb,有两种使用方法,一种是bootloader启动内核过程中会先读取dtb到文件中;第二种是把dtb和zImage打包在一起弄成一个印象文件,firefly-3399就是采用这些方法,打包生成了boot.img
2.1.4绑定(bingding)
对于DeviceTree中的结点和属性具体是怎样来描述设备的硬件细节的,通常须要文档来进行讲解,文档的后缀名通常为.txt。那些文档坐落内核的Documentation/devicetree/bindings目录,其下又分为好多子目录
2.1.5Bootloader使用dtb
在Uboot中,可以从NAND、SD或则TFTP等任意介质将.dtb读入显存,假定.dtb装入的显存地址为0x71000000,然后可在Uboot运行命令fdtaddr命令设置.dtb的地址,如:
U-Boot>fdtaddr0x71000000
fdt的其他命令就变地可以使用,如fdtresize、fdtprint等
对于ARM来讲,可以透过bootzkernel_addrinitrd_addressdtb_address的命令来启动内核,即dtb_address作为bootz或则bootm的最后一次参数,第一个参数为内核映像的地址,第二个参数为initrd的地址,若不存在initrd,可以用-取代,第三个就是dtb地址
2.2设备树框架
设备树用树形结构描述设备信息,它有以下几种特点
1.每位设备树文件都有一个根节点,每位设备都是一个节点。
2.节点间可以嵌套,产生父女关系,这样就可以便捷的描述设备间的关系。
3.每位设备的属性都用一组key-value对(通配符对)来描述。
4.每位属性的描述用;结束
3.设备树句型
设备树是一颗树,书上的每位节点由节点和属性组成,属性是通配符对
下边这个是rk3399-fpga.dts
#include "rk3399.dtsi" //包含了公共部分
/ {
model = "Rockchip RK3399 FPGA Board";
compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399"; //根节点兼容性分析,下面具体分析
chosen {
bootargs = "init=/init console=uart,mmio32,0xff1a0000";
};
memory@00000000 { //子节点 memory@00000000节点名
device_type = "memory";
reg = <0x0 0x00000000 0x0 0x20000000>;
};
};
&uart2 { //使用了引用
status = "okay";
clocks = , ;
};
3.1根节点兼容性
compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399";
上面是根节点的兼容属性,定义了整个系统(设备级别)的名称,通过这个属性就可以判断出它启动的是什么设备。它的组织形式是<manufacture><model>,在实际中一般包括两个或两个以上的兼容字符串,上面第一个是"rockchip,fpga",第二个是"rockchip,rk3399",我们来看第二个,manufacture是板子级别的名字,“rockchip”代表的是瑞芯微公司,model是芯片级别的,“rk3399”是瑞芯微公司一个soc的名称
我们从源码中找出rk3399的两个dts,可以看出第一个兼容字符串的model不同,第二个完全相同
rk3399-firefly-linux.dts
compatible = "rockchip,rk3399-firefly-linux", "rockchip,rk3399";
rk3399-fpga.dts
compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399";
3.2节点名
理论个节点名只要是宽度不超过31个字符的ASCII字符串即可,Linux内核还约定设备名应写成形如[@]的方式,其中name就是设备名,最长可以是31个字符宽度。unit_address通常是设备地址,拿来惟一标示一个节点
Linux中的设备树还包括几个特殊的节点,例如chosen,chosen节点不描述一个真实设备,而是用于firmware传递一些数据给OS,例如bootloader传递内核启动参数给内核
chosen{
bootargs = "console=ttySAC2,115200";
stdout-path=&serial_2;
};
3.3引用
当我们找一个节点的时侯,我们必须书写完整的节点路径,这样当一个节点嵌套比较深的时侯就不是很便捷,所以,设备树容许我们用下边的方式为节点标明引用(起别称),亦即省去繁杂的路径。这样就可以实现类似函数调用的疗效
3.KEY
在设备树中,通配符对是描述属性的方法,例如linux 软件,Linux驱动中可以通过设备节点中的”compatible”这个属性查找设备节点
inux设备树句型中定义了一些具有规范意义的属性,包括:compatible,address,interrupt等,这种信息才能在内核初始化找到节点的时侯,手动解析生成相应的设备信息。据悉,还有一些Linux内核定义好的,一类设备通用的有默认意义的属性,这种属性通常不能被内核手动解析生成相应的设备信息,并且内核早已编撰的相应的解析提取函数,常见的有“mac_addr”,”gpio”linux移植时需要编译设备树文件吗,”clock”,”power”。”regulator”等等。
patible
设备节点中对应的节点信息早已被内核构造成structplatform_device。驱动可以通过相应的函数从中提取信息。主要有三种方式提取信息
1、compatible属性是用来查找节点
2、通过节点名查找指定节点
3、节点路径查找指定节点
看一个使用compatible提取属性的事例
#dts
gpio_demo: gpio_demo {
status = "okay";
compatible = "firefly,rk3399-gpio";
};
#驱动代码
static struct of_device_id firefly_match_table[] = {
{ .compatible = "firefly,rk3399-gpio",}, //完全相同
{}, //最后一个成员一定是空,因为相关的操作API会读取这个数组直到遇到一个空。
};
3.2address
pinctrl: pinctrl {
compatible = "rockchip,rk3399-pinctrl";
#address-cells = ;
#size-cells = ;
gpio0: gpio0@ff720000 {
compatible = "rockchip,gpio-bank";
reg = <0x0 0xff720000 0x0 0x100>;
//前两个数字表示一个地址0x0 0xff720000
//后两个数字表示一个地址跨度 0x100
};
...
}
3.3interrupts
一个计算机系统中大量设备都是通过中断恳求CPU服务的,所以设备节点中就须要在指定中断
3.4gpio
firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* GPIO0_B4 */
firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */
4.DTB的加载过程
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总的归纳为:
①kernel入口处获取到uboot传过来的.dtb镜像的基地址
②通过early_init_dt_scan()函数来获取kernel初始化时须要的bootargs和cmd_line等系统引导参数。
③调用unflatten_device_tree函数来解析dtb文件,建立一个由device_node结构联接而成的双向数组,并使用全局变量of_allnodes保存这个数组的头表针。
④内核调用OF的API插口,获取of_allnodes数组信息来初始化内核其他子系统、设备等。
5.API调用
#来查找在dtb中的根节点
unsigned long __init of_get_flat_dt_root(void)
# 根据deice_node结构的full_name参数,在全局链表of_allnodes中,查找合适的device_node
struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
#若from=NULL,则在全局链表of_allnodes中根据name查找合适的device_node
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,const char *name)
#根据设备类型查找相应的device_node
struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from,const char *type)
# 根据compatible字符串查找device_node
struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,const char *type, const char *compatible)
#根据节点属性的name查找device_node
struct device_node *of_find_node_with_property(struct device_node *from,const char *prop_name)
#根据compat参数与device node的compatible匹配,返回匹配度
int of_device_is_compatible(const struct device_node *device,const char *compat)
#获得父节点的device node
struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node)
#读取该设备的第index个irq号
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)
#读取该设备的第index个irq号,并填充一个irq资源结构体
int of_irq_to_resource(struct device_node *dev, int index, struct resource *r)
#获取该设备的irq个数
int of_irq_count(struct device_node *dev)