ARM Linux设备树

1、设备树

在过去的ARM Linux源码中，arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中充斥着大量的垃圾代码，很多代码只是在描述板级设备硬件细节，而这些代码对内核来说就是垃圾

由此引出了设备树。

DTS(设备树)描述板级设备，起源自OpenFimware(OF)

——图片来自野火Linux教程

设备树的中节点会转化为linux中device，会代替平台驱动中的device和平台驱动进行匹配。

设备树文件也可以包含引用C语言的头文件

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2、设备树编译

2.1 通过内核编译

//编译dtsmake ARCH=arm -j4 CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs

2.3 手工编译

./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o xxx.dtb arch/arm/boot/dts/xxx.dts // 编译 dts 为 dtb./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o xxx.dts arch/arm/boot/dts/xxx.dtb // 反编译 dtb 为 dts

• -I：指定输入格式
• -O：指定输出格式
• -o：指定输出文件

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3、设备树可描述的信息

• CPU的数量和类别
• 内存寄地址和大小
• 总线和桥
• 外设连接
• 中断控制器和中断使用情况
• GPIO控制器和GPIO使用情况
• 时钟控制器和时钟使用情况

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4、设备树信息如何传递给内核？

设备树由bootloader传递给内核

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5、设备树的文件

5.1 DTS （Device Tree Soure）

• xxx.dts ： ASCII文本格式的设备树描述文件
• 一个xxx.dts对应一个ARM设备
• dts文件一般放在内核arch/arm/boot/dts/目录中

5.2 DTSI

• 把SoC公用的部分或者多个设备共同的部分一般提炼为.dtsi，类似于 C语言的头文件
• 其他设备要使用xxx.dtsi就包含xxx.dtsi文件
• xxx.dtsiu也可以包含其他dtsi
• 一般.dtsi 文件用于描述 SOC 的内部外设信息，比如 CPU 架构、主频、外设寄存器地址范 围

5.3 DTC（Device Tree Compiler）

• 将xxx.dts编译为xxx.dtb的工具

• 类似C语言的编译器

• DTC位于内核scripts/dtc/目录下

• DTC可以在ubuntu中单独安装

  sudo apt-get install device-tree-compiler

• 编译dts文件为dtb文件

  make dtbs

• 反汇编dtb文件为dts文件

  ./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o xxx.dts arch/arm/boot/dts/xxx.dtb

5.4 DTB（Device Tree Blob）

• DTC工具编译dts文件生成的二进制搁置的设备树描述文件
• 可以由内核或uboot解析
• 由uboot传递给内核

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6、绑定（bindings）

• 设备树节点和属性如何描述设备硬件细节需要文档来说明，一般是txt格式的文档

• 该文档描述对应节点的兼容性、必须的属性和可选的属性

• 这些文档位于内核目录Documentation/devicetree/bindings目录下

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7、Bootloader

• 一般使用的Uboot，Uboot从v1.1.3开始支持设备树

• 使能设备，需要在编译uboot时在config文件加入如下宏定义

  #define CONFIG_OF_LIBFDT

• 设置xxx.dtb设备树文件的地址

  UBoot> fdt addr 0x71000000//假设dtb文件存放在0x71000000地址

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8、设备树语法

参考Devicetree  SpecificationV0.2.pdf

设备树由一系列被命名的节点（Node）和属性（Property）组成。节点还可以包含子节点。

属性：成对出现的名称和值

8.1 设备节点

设备树文件内容：

/ {      model = "Seeed i.MX6 ULL NPi Board";    compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";    aliases {            pwm0 = &pwm1;            pwm1 = &pwm2;            pwm2 = &pwm3;            pwm3 = &pwm4;    };    chosen {stdout-path = &uart1;    };    memory {            reg = <0x800000000x20000000>;    };    reserved-memory {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;            ranges;            linux,cma {                    compatible = "shared-dma-pool";                    reusable;                    size = <0x14000000>;                    linux,cma-default;            };    };    ...};

• /  -  最外层的大括号的/表示根节点，每个设备树只有一个根节点
• 在.dtsi文件中也会有根节点，当包含dtsi文件后，根节点会合并，只有一个根节点
• 根节点包含多个子节点，子节点也可以包含子节点

8.2 向节点追加内容

&cpu0 {    dc-supply = <®_gpio_dvfs>;    clock-frequency = <800000000>;};&clks {    assigned-clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PLL4_AUDIO_DIV>;    assigned-clock-rates = <786432000>;};

在节点名称前加&符号表示向该节点追加内容

8.3 节点命名模板

node-name@unit-address {    属性1 = …    属性2 = …    属性3= …    子节点…}

• node-name - 节点名字
• unit-address - 节点"单元地址"

8.4 节点标签

所谓节点标签就是给节点起别名

cpu0: cpu@0 {    compatible = "arm,cortex-a7";    device_type = "cpu";    reg = <0>;}

给节点cpu起一个别名为cpu0

当节点名字很长时，可以通过给节点起别名，方便访问

8.5 特殊节点

8.5.1 aliases别名子节点

aliases {    can0 = &flexcan1;    can1 = &flexcan2;    ethernet0 = &fec1;    ethernet1 = &fec2;    ...}

统一在一个节点中给其它节点定义"别名"

8.5.2 chosen 子节点

chosen 节点主要是为了 uboot 向 Linux 内核传递数据

一般.dts 文件中 chosen 节点通常为空或者内容很少

设备树文件chosen节点内容：

chosen {stdout-path = &uart1;};

设置了stdout-path = &uart1，表示标准输出使用uart1

查看内核中的chosen子节点：

debian@npi:/proc/device-tree$ ls chosen/bootargs  linux,initrd-end  linux,initrd-start  name  stdout-path

该子节点bootargs  linux,initrd-end  linux,initrd-start  name几个属性。

bootargs是uboot传递给内核的启动参数，可以得知多出来的几个属性是uboot设置的

8.6 设备树中断控制器属性

• interrupt-controller

  表明自己是中断控制器，该属性为空

• #interrupt-cells

  设备中断属性的cell大小

• interrupt-parent

  通过它来指定它所依附的中断控制器的phandle如：    intc：interrupt-controller@10140000    interrupt-parent=<&intc>

9、Linux解析DTB文件

内核启动会解析DTB，在/proc/device-tree/目录生成节点对应的和设备树节点名字相同的文件

内核解析设备树文件流程：

start_kernel()  -> setup_arch() -> unflatten_device_tree()  -> __unflatten_device_tree() -> unflatten_dt_node()

最终解析设备树节点的函数为unflatten_dt_node()

10、设备树常用OF函数

include/linux/of.h描述设备节点数据结构:

structdevice_node {constchar *name;         /* 节点名字 */constchar *type;         /* 设备类型 */    phandle phandle;constchar *full_name;structfwnode_handlefwnode;structproperty *properties;/* 属性       */structproperty *deadprops;/* removed properties */structdevice_node *parent;/* 父节点 */structdevice_node *child;/* 子节点 */structdevice_node *sibling;#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)structkobjectkobj;#endifunsignedlong _flags;void    *data;#if defined(CONFIG_SPARC)constchar *path_component_name;unsignedint unique_id;structof_irq_controller *irq_trans;#endif};

描述属性的数据结构：

structproperty {char    *name;int    length;void    *value;structproperty *next;#if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC)unsignedlong _flags;#endif#if defined(CONFIG_OF_PROMTREE)unsignedint unique_id;#endif#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)structbin_attributeattr;#endif};

查找指定节点函数：

externstruct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,constchar *name);externstruct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from,constchar *type);externstruct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,constchar *type, constchar *compat);staticinlinestruct device_node *of_find_node_by_path(constchar *path)

• from，开始查找的节点，若为NULL表示从根节点开始查找
• name， 根据节点名字查找
• type，根据设备类型查找
• compat， 要查找的节点所对应的 compatible 属性列表
• path，根据绝对路径查找，如"/red_led"表示根节点下的red_led节点

查找父/子节点 ：

externstruct device_node *of_get_parent(conststruct device_node *node);externstruct device_node *of_get_next_parent(struct device_node *node);externstruct device_node *of_get_next_child(conststruct device_node *node,struct device_node *prev);externstruct device_node *of_get_compatible_child(conststruct device_node *parent,constchar *compatible);externstruct device_node *of_get_child_by_name(conststruct device_node *node,constchar *name);

获取属性值：

externintof_property_read_u32_index(conststruct device_node *np,constchar *propname,                       u32 index, u32 *out_value);

• np，设备节点
• propname, 属性名
• index，索引号，一个属性可能存在多个值
• out_value,存放获取的属性值
• 返回值，0成功，负值失败，-EINVAL表示属性不存在，-ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太小

staticinlineintof_property_read_u8_array(conststruct device_node *np,constchar *propname,                        u8 *out_values, size_t sz)staticinlineintof_property_read_u16_array(conststruct device_node *np,constchar *propname,                         u16 *out_values, size_t sz)staticinlineintof_property_read_u32_array(conststruct device_node *np,constchar *propname,                         u32 *out_values, size_t sz)staticinlineintof_property_read_u64_array(conststruct device_node *np,constchar *propname,                         u64 *out_values, size_t sz)

• np，设备节点。
• proname，  要读取的属性名字。
• out_value，读取到的数组值，类型分别为 u8、u16、u32 和 u64。
• sz，要读取的数组元素数量。
• 返回值，0-成功，负值读取失败，-EINVAL表示属性不存在，-ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太小

示例：

/*添加led节点*/rgb_led_red@0x020C406C{    compatible = "red_led";    reg = <0x020C406C0x000000040x020E006C0x000000040x020E02F80x000000040x0209C0000x000000040x0209C0040x00000004>;    status = "okay";};//设备树的匹配条件staticstructof_device_iddts_match_table[] = {    {.compatible = "red_led", },                     //通过设备树来匹配};staticintled_red_driver_probe(struct platform_device *dev){int err;int ret;    u32 regdata[8];int i;structdevice *tmpdev;    led_dev.dev_node = of_find_node_by_path(RED_LED_DTS_NODE);         //找到red_led的设备树节点if (!led_dev.dev_node) {                  printk("red led can not found!\r\n"); return -EINVAL;     }/* 获取设备中寄存器属性值 */    ret = of_property_read_u32_array(led_dev.dev_node, "reg", regdata, 8);    ....../* 将寄存器物理地址转换成虚拟地址 */      led_dev.virtual_ccgr1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);            led_dev.virtual_gpio1_io4 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);     led_dev.virtual_dr = ioremap(regdata[4], regdata[5]);     led_dev.virtual_gdir = ioremap(regdata[6], regdata[7]); }

获取属性值为字符串的函数：

externintof_property_read_string(conststruct device_node *np,constchar *propname,constchar **out_string);

更多函数可以查看 内核文件include/linux/of.h