2 Linux 设备树

2.1 什么是设备树？

设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息。

设备树的机制其实也是总线型的 BUS/Dev/Drv 模型，只是编写 Dev 的方式变了。即编写设备树文件 .dts。dst 文件会被编译成 dtb 文件。dtb文件会传给内核, 内核会解析dtb文件, 构造出一系列的 device_node 结构体,
device_node 结构体会转换为 platform_device 结构体。

不了解总线型驱动可看另外一篇：
https://blog.csdn.net/weixin_46640184/article/details/124229608
对应的实例可以看这篇
https://blog.csdn.net/weixin_46640184/article/details/124291470

所以: 我们可以在 dts 文件中指定资源, 不再需要在 .c 文件中设置 platform_device 结构体

“来自dts的platform_device结构体” 与 “我们写的platform_driver” 的匹配过程:

"来自 dts 的 platform_device 结构体"里面有成员 “.dev.of_node”, 它里面含有各种属性, 比如 compatible, reg, pin
“我们写的 platform_driver” 里面有成员 “.driver.of_match_table”, 它表示能支持哪些来自于 dts 的platform_device

如果 “of_node 中的 compatible” 跟 “of_match_table 中的 compatible” 一致, 就表示匹配成功, 则调用 platform_driver中的probe函数; 在probe函数中, 可以继续从of_node中获得各种属性来确定硬件资源。

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2.2 设备树的规范

2.2.1 DTS 格式

//语法：
//Devicetree node格式:
[label:] node-name[@unit-address] {[properties definitions][child nodes]
};//Property格式1:
[label:] property-name = value;//Property格式2(没有值):
[label:] property-name;/* Property取值只有3种: * arrays of cells(1个或多个32位数据, 64位数据使用2个32位数据表示), * string(字符串), * bytestring(1个或多个字节)
*///示例:
//a. Arrays of cells : cell就是一个32位的数据
interrupts = <17 0xc>;//b. 64bit数据使用2个cell来表示:
clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;//c. A null-terminated string (有结束符的字符串):
compatible = "simple-bus";//d. A bytestring(字节序列) :
local-mac-address = [00 00 12 34 56 78];  // 每个byte使用2个16进制数来表示, 必须两位
local-mac-address = [000012345678];       // 每个byte使用2个16进制数来表示// 可以是各种值的组合, 用逗号隔开:
compatible = "ns16550", "ns8250";
example = <0xf00f0000 19>, "a strange property format";

2.2.2 DTS 文件布局

/dts-v1/;        //版本
[memory reservations]    // 格式为: /memreserve/ <address> <length>;
/ {             // '/'表示根节点[property definitions][child nodes]
};

[memory reservations] 作用：

留出该空间给自己使用。

2.2.3 特殊的、默认的属性

根节点
- #address-cells
  
  在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)
- #size-cells
  
  在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size)
- compatible
  
  定义一系列的字符串, 用来指定内核中哪个machine_desc可以支持本设备
  
  即这个板子兼容哪些平台
  uImage : smdk2410 smdk2440 mini2440 ==> machine_desc
- model
  
  咱这个板子是什么
  比如有2款板子配置基本一致, 它们的 compatible 是一样的
  那么就通过model来分辨这2款板子

/memory

device_type = "memory";
reg = < start_addr memory_size >;           // 用来指定内存的地址、大小
//e.g.:
memory{device_type = "memory";reg = <0x80000000 0x20000000>;
}

/chosen

bootargs        // 内核command line参数, 跟u-boot中设置的bootargs作用一样
//e.g.:
chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";};

/cpus

/cpus 节点下有 1 个或多个 cpu 子节点, cpu 子节点中用 reg 属性用来标明自己是哪一个 cpu
所以 /cpus 中有以下2个属性:
- #address-cells
  
  在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)
- #size-cells
  
  在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size)
  必须设置为0
```
cpus {cpu {compatible = "arm,arm926ej-s";};};
```

2.2.4 引用其他节点:

phandle

节点中的phandle属性, 它的取值必须是唯一的(不要跟其他的phandle值一样)

pic@10000000 {phandle = <1>;interrupt-controller;
};another-device-node {interrupt-parent = <1>;   // 使用phandle值为1来引用上述节点
};

label

PIC: pic@10000000 {interrupt-controller;
};another-device-node {interrupt-parent = <&PIC>;   // 使用label来引用上述节点, // 使用lable时实际上也是使用phandle来引用, // 在编译dts文件为dtb文件时, 编译器dtc会在dtb中插入phandle属性
};

2.2.5 DTB 文件布局

2.3 内核对设备树的处理

2.3.1 前提

Linux uses DT data for three major purposes:

platform identification,
runtime configuration, and
device population.

bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器,

r0一般设置为0;

r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用);

r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址

2.3.2 设备树中平台信息的处理

设备树根节点的compatible属性列出了一系列的字符串,

表示它兼容的单板名,

从"最兼容"到次之

内核中有多个machine_desc, 其中有dt_compat成员, 它指向一个字符串数组, 里面表示该 machine_desc支持哪些单板，
使用 compatile 属性的值, 跟每一个 machine_desc.dt_compat 比较,成绩为"吻合的 compatile 属性值的位置", 成绩越低越匹配, 对应的 machine_desc 即被选中，选中后就采用该 machine_desc 的初始化函数初始化。

2.3.3 函数调用过程

start_kernel // init/main.csetup_arch(&command_line);  // arch/arm/kernel/setup.cmdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);  // arch/arm/kernel/devtree.cearly_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)  // 判断是否有效的dtb, drivers/of/ftd.cinitial_boot_params = params;mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);  // 找到最匹配的machine_desc, drivers/of/ftd.cwhile ((data = get_next_compat(&compat))) {score = of_flat_dt_match(dt_root, compat);if (score > 0 && score < best_score) {best_data = data;best_score = score;}}machine_desc = mdesc;

2.4 对设备树中运行时配置信息的处理

2.4.1 函数调用过程

start_kernel // init/main.csetup_arch(&command_line);  // arch/arm/kernel/setup.cmdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);  // arch/arm/kernel/devtree.cearly_init_dt_scan_nodes();      // drivers/of/ftd.c/* Retrieve various information from the /chosen node */of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);/* Initialize {size,address}-cells info */of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);/* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);

/chosen节点中bootargs属性的值, 存入全局变量： boot_command_line
确定根节点的这2个属性的值: #address-cells, #size-cells
存入全局变量: dt_root_addr_cells, dt_root_size_cells
解析/memory中的reg属性, 提取出"base, size", 最终调用memblock_add(base, size);

2. 5 dtb 转换为device_node(unflatten)

2.5.1 函数调用过程

start_kernel // init/main.csetup_arch(&command_line);  // arch/arm/kernel/setup.carm_memblock_init(mdesc);   // arch/arm/kernel/setup.cearly_init_fdt_reserve_self();/* Reserve the dtb region */// 把DTB所占区域保留下来, 即调用: memblock_reserveearly_init_dt_reserve_memory_arch(__pa(initial_boot_params),fdt_totalsize(initial_boot_params),0);           early_init_fdt_scan_reserved_mem();  // 根据dtb中的memreserve信息, 调用memblock_reserveunflatten_device_tree();    // arch/arm/kernel/setup.c__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root,early_init_dt_alloc_memory_arch, false);            // drivers/of/fdt.c/* First pass, scan for size */size = unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);/* Allocate memory for the expanded device tree */mem = dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));/* Second pass, do actual unflattening */unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes);populate_nodenp = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) + allocl,__alignof__(struct device_node));np->full_name = fn = ((char *)np) + sizeof(*np);populate_propertiespp = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct property),__alignof__(struct property));pp->name   = (char *)pname;pp->length = sz;pp->value  = (__be32 *)val;

2.5.2 规则

在DTB文件中,
每一个节点都以TAG(FDT_BEGIN_NODE, 0x00000001)开始, 节点内部可以嵌套其他节点,
每一个属性都以TAG(FDT_PROP, 0x00000003)开始

每一个节点都转换为一个device_node结构体:

利用该结构体构造树。

struct device_node {const char *name;  // 来自节点中的name属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"const char *type;  // 来自节点中的device_type属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"phandle phandle;const char *full_name;  // 节点的名字, node-name[@unit-address]struct fwnode_handle fwnode;struct  property *properties;  // 节点的属性struct  property *deadprops;    /* removed properties */struct  device_node *parent;   // 节点的父亲struct  device_node *child;    // 节点的孩子(子节点)struct  device_node *sibling;  // 节点的兄弟(同级节点)#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)struct  kobject kobj;#endifunsigned long _flags;void    *data;#if defined(CONFIG_SPARC)const char *path_component_name;unsigned int unique_id;struct of_irq_controller *irq_trans;#endif};

device_node结构体中有properties, 用来表示该节点的属性

//每一个属性对应一个property结构体:
struct property {char    *name;    // 属性名字, 指向dtb文件中的字符串int length;       // 属性值的长度void    *value;   // 属性值, 指向dtb文件中value所在位置, 数据仍以big endian存储struct property *next;#if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC)unsigned long _flags;#endif#if defined(CONFIG_OF_PROMTREE)unsigned int unique_id;#endif#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)struct bin_attribute attr;#endif};

这些device_node构成一棵树, 根节点为: of_root

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2.6 device_node转换为platform_device

dts -> dtb -> device_node -> platform_device

两个问题:

哪些device_node可以转换为platform_device?
- 根节点下含有compatile属性的子节点
- 如果一个结点的compatile属性含有这些特殊的值(“simple-bus”,“simple-mfd”,“isa”,“arm,amba-bus”)之一, 那么它的子结点(需含compatile属性)也可以转换为platform_device
- i2c, spi等总线节点下的子节点, 应该交给对应的总线驱动程序来处理, 它们不应该被转换为platform_device
怎么转换?
- platform_device中含有resource数组, 它来自device_node的reg, interrupts属性;
- platform_device.dev.of_node指向device_node, 可以通过它获得其他属性
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2.7 Dev 和 Drv 比配过程

平台总线上有个

其中的 platform_match 用来判断 platform_device 与 platform_drive 是否匹配
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e.g.:

先比较 platform_device.driver_override 和 platform_driver.driver.name
再逐个比较 platform_device.dev.comatible 和 platform_driver.driver.of_match_table
然后比较 platform_device.name 和 platform_driver.idtable
最后比较 paltform_device.name 和 platform_driver.driver.name

按这些顺序比较，有一个成功就采用。

2.8 总结

内核函数of_platform_default_populate_init, 遍历device_node树, 生成platform_device

并非所有的device_node都会转换为platform_device，只有以下的device_node会转换:

该节点必须含有compatible属性
根节点的子节点(节点必须含有compatible属性)
含有特殊compatible属性的节点的子节点(子节点必须含有compatible属性):

这些特殊的compatilbe属性为: “simple-bus”, “simple-mfd”, “isa”, “arm,amba-bus”

//e.g.:
/*
/mytest会被转换为platform_device,
因为它兼容"simple-bus", 它的子节点/mytest/mytest@0 也会被转换为platform_device/i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;
/i2c/at24c02节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定,
一般是被创建为一个i2c_client。
*/
/ {mytest {compatile = "mytest", "simple-bus";mytest@0 {compatile = "mytest_0";};};i2c {compatile = "samsung,i2c";at24c02 {compatile = "at24c02";                      };};};

2.9 内核中设备树的操作函数

include/linux/ 目录下有很多 of 开头的头文件:

处理 DTB

of_fdt.h

dtb文件的相关操作函数, 我们一般用不到, 因为dtb文件在内核中已经被转换为device_node树(它更易于使用)

处理device_node

of.h               // 提供设备树的一般处理函数, //比如 of_property_read_u32(读取某个属性的u32值), of_get_child_count(获取某个device_node的子节点数)
of_address.h       // 地址相关的函数, 比如 of_get_address(获得reg属性中的addr, size值)
of_match_device(从matches数组中取出与当前设备最匹配的一项)
of_dma.h           // 设备树中DMA相关属性的函数
of_gpio.h          // GPIO相关的函数
of_graph.h         // GPU相关驱动中用到的函数, 从设备树中获得GPU信息
of_iommu.h         // 很少用到
of_irq.h           // 中断相关的函数
of_mdio.h          // MDIO (Ethernet PHY) API
of_net.h           // OF helpers for network devices.
of_pci.h           // PCI相关函数
of_pdt.h           // 很少用到
of_reserved_mem.h  // reserved_mem的相关函数

处理 platform_device

of_platform.h      // 把device_node转换为platform_device时用到的函数, // 比如of_device_alloc(根据device_node分配设置platform_device), //     of_find_device_by_node (根据device_node查找到platform_device),//     of_platform_bus_probe (处理device_node及它的子节点)
of_device.h        // 设备相关的函数, 比如 of_match_device

2.10 在根文件系统中查看设备树

/sys/firmware/fdt

原始dtb文件

hexdump -C /sys/firmware/fdt
/sys/firmware/devicetree

以目录结构程现的dtb文件, 根节点对应base目录, 每一个节点对应一个目录, 每一个属性对应一个文件
/sys/devices/platform

系统中所有的platform_device, 有来自设备树的, 也有来有.c文件中注册的

对于来自设备树的platform_device, 可以进入 /sys/devices/platform/<设备名>/of_node 查看它的设备树属性
/proc/device-tree

是链接文件, 指向 /sys/firmware/devicetree/base

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