linux_设备驱动_设备树
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
linux_设备驱动_设备树
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
一.什么是DTS？為什么要引入DTS？
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DTS即Device Tree Source 設備樹源碼, Device Tree是一種描述硬件的數據結構，它起源于 OpenFirmware (OF)。
在Linux 2.6中，ARM架構的板極硬件細節過多地被硬編碼在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx，比如板上的platform設備、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各種硬件的platform_data，這些板級細節代碼對內核來講只不過是垃圾代碼。而采用Device Tree后，許多硬件的細節可以直接透過它傳遞給Linux，而不再需要在kernel中進行大量的冗余編碼。
每次正式的linux kernel release之后都會有兩周的merge window，在這個窗口期間，kernel各個部分的維護者都會提交各自的patch，將自己測試穩定的代碼請求并入kernel main line。每到這個時候，Linus就會比較繁忙，他需要從各個內核維護者的分支上取得最新代碼并merge到自己的kernel source tree中。Tony Lindgren，內核OMAP development tree的維護者，發送了一個郵件給Linus，請求提交OMAP平臺代碼修改，并給出了一些細節描述：
?????? 1)簡單介紹本次改動
?????? 2)關于如何解決merge conficts。有些git mergetool就可以處理，不能處理的，給出了詳細介紹和解決方案
?????? 一切都很平常，也給出了足夠的信息，然而，正是這個pull request引發了一場針對ARM linux的內核代碼的爭論。我相信Linus一定是對ARM相關的代碼早就不爽了，ARM的merge工作量較大倒在其次，主要是他認為ARM很多的代碼都是垃圾，代碼里面有若干愚蠢的table，而多個人在維護這個table，從而導致了沖突。因此，在處理完OMAP的pull request之后（Linus并非針對OMAP平臺，只是Tony Lindgren撞在槍口上了），他發出了怒吼：
?????Gaah.Guys, this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass.
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之后經過一些討論，對ARM平臺的相關code做出如下相關規范調整，這個也正是引入DTS的原因。
1、ARM的核心代碼仍然保存在arch/arm目錄下
2、ARM SoC core architecture code保存在arch/arm目錄下
3、ARM SOC的周邊外設模塊的驅動保存在drivers目錄下
4、ARM SOC的特定代碼在arch/arm/mach-xxx目錄下
5、ARM SOC board specific的代碼被移除，由DeviceTree機制來負責傳遞硬件拓撲和硬件資源信息。
本質上，Device Tree改變了原來用hardcode方式將HW 配置信息嵌入到內核代碼的方法，改用bootloader傳遞一個DB的形式。
如果我們認為kernel是一個black box，那么其輸入參數應該包括：
a.識別platform的信息??b.runtime的配置參數??c.設備的拓撲結構以及特性
對于嵌入式系統，在系統啟動階段，bootloader會加載內核并將控制權轉交給內核，此外，還需要把上述的三個參數信息傳遞給kernel，以便kernel可以有較大的靈活性。在linux kernel中，Device Tree的設計目標就是如此。
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二.DTS基本知識
1.DTS的加載過程
如果要使用Device Tree，首先用戶要了解自己的硬件配置和系統運行參數，并把這些信息組織成Device Tree source file。通過DTC（Device Tree Compiler），可以將這些適合人類閱讀的Device Tree source file變成適合機器處理的Device Tree binary file（有一個更好聽的名字，DTB，device tree blob）。在系統啟動的時候，boot program（例如：firmware、bootloader）可以將保存在flash中的DTB copy到內存（當然也可以通過其他方式，例如可以通過bootloader的交互式命令加載DTB，或者firmware可以探測到device的信息，組織成DTB保存在內存中），并把DTB的起始地址傳遞給client program（例如OS kernel，bootloader或者其他特殊功能的程序）。對于計算機系統（computer system），一般是firmware->bootloader->OS，對于嵌入式系統，一般是bootloader->OS。
2.DTS的描述信息
Device Tree由一系列被命名的結點（node）和屬性（property）組成，而結點本身可包含子結點。所謂屬性，其實就是成對出現的name和value。在Device Tree中，可描述的信息包括（原先這些信息大多被hard code到kernel中）：
CPU的數量和類別
內存基地址和大小
總線和橋
外設連接
中斷控制器和中斷使用情況
GPIO控制器和GPIO使用情況
Clock控制器和Clock使用情況
?????? 它基本上就是畫一棵電路板上CPU、總線、設備組成的樹，Bootloader會將這棵樹傳遞給內核，然后內核可以識別這棵樹，并根據它展開出Linux內核中的platform_device、i2c_client、spi_device等設備，而這些設備用到的內存、IRQ等資源，也被傳遞給了內核，內核會將這些資源綁定給展開的相應的設備。
是否Device Tree要描述系統中的所有硬件信息？答案是否定的。基本上，那些可以動態探測到的設備是不需要描述的，例如USB device。不過對于SOC上的usb hostcontroller，它是無法動態識別的，需要在device tree中描述。同樣的道理，在computersystem中，PCI device可以被動態探測到，不需要在device tree中描述，但是PCI bridge如果不能被探測，那么就需要描述之。
.dts文件是一種ASCII 文本格式的Device Tree描述，此文本格式非常人性化，適合人類的閱讀習慣。基本上，在ARM Linux在，一個.dts文件對應一個ARM的machine，一般放置在內核的arch/arm/boot/dts/目錄。由于一個SoC可能對應多個machine（一個SoC可以對應多個產品和電路板），勢必這些.dts文件需包含許多共同的部分，Linux內核為了簡化，把SoC公用的部分或者多個machine共同的部分一般提煉為.dtsi，類似于C語言的頭文件。其他的machine對應的.dts就include這個.dtsi。譬如，對于RK3288而言， rk3288.dtsi就被rk3288-chrome.dts所引用，rk3288-chrome.dts有如下一行：#include“rk3288.dtsi”
對于rtd1195,在 rtd-119x-nas.dts中就包含了/include/?"rtd-119x.dtsi"
當然，和C語言的頭文件類似，.dtsi也可以include其他的.dtsi，譬如幾乎所有的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi，即#include"skeleton.dtsi“
或者?/include/ "skeleton.dtsi"
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正常情況下所有的dts文件以及dtsi文件都含有一個根節點”/”,這樣include之后就會造成有很多個根節點? 按理說 device tree既然是一個樹，那么其只能有一個根節點，所有其他的節點都是派生于根節點的child node.
其實Device Tree Compiler會對DTS的node進行合并，最終生成的DTB中只有一個 root? node.??
?? device tree的基本單元是node。這些node被組織成樹狀結構，除了root node，每個node都只有一個parent。一個device tree文件中只能有一個root node。每個node中包含了若干的property/value來描述該node的一些特性。每個node用節點名字（node name）標識，節點名字的格式是node-name@unit-address。如果該node沒有reg屬性（后面會描述這個property），那么該節點名字中必須不能包括@和unit-address。unit-address的具體格式是和設備掛在那個bus上相關。例如對于cpu，其unit-address就是從0開始編址，以此加一。而具體的設備，例如以太網控制器，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是確定的，必須是“/”。
在一個樹狀結構的device tree中，如何引用一個node呢？要想唯一指定一個node必須使用full path，例如/node-name-1/node-name-2/node-name-N。?
3.DTS的組成結構
[objc]?view plaincopy
上述.dts文件并沒有什么真實的用途，但它基本表征了一個Device Tree源文件的結構：
1個root結點"/"；
root結點下面含一系列子結點，本例中為"node1"和 "node2"；
結點"node1"下又含有一系列子結點，本例中為"child-node1"和 "child-node2"；
各結點都有一系列屬性。這些屬性可能為空，如"an-empty-property"；可能為字符串，如"a-string-property"；可能為字符串數組，如"a-string-list-property"；可能為Cells（由u32整數組成），如"second-child-property"，可能為二進制數，如"a-byte-data-property"。
下面以一個最簡單的machine為例來看如何寫一個.dts文件。假設此machine的配置如下：1個雙核ARM Cortex-A9 32位處理器；
ARM的local bus上的內存映射區域分布了2個串口（分別位于0x101F1000 和 0x101F2000）、GPIO控制器（位于0x101F3000）、SPI控制器（位于0x10115000）、中斷控制器（位于0x10140000）和一個external bus橋；
External bus橋上又連接了SMC SMC91111 Ethernet（位于0x10100000）、I2C控制器（位于0x10160000）、64MB NOR Flash（位于0x30000000）；
External bus橋上連接的I2C控制器所對應的I2C總線上又連接了Maxim DS1338實時鐘（I2C地址為0x58）。
其對應的.dts文件為：
[objc]?view plaincopy
上述.dts文件中,root結點"/"的compatible 屬性compatible = "acme,coyotes-revenge";定義了系統的名稱，它的組織形式為：<manufacturer>,<model>。Linux內核透過root結點"/"的compatible 屬性即可判斷它啟動的是什么machine。
在.dts文件的每個設備，都有一個compatible屬性，compatible屬性用戶驅動和設備的綁定。compatible 屬性是一個字符串的列表，列表中的第一個字符串表征了結點代表的確切設備，形式為"<manufacturer>,<model>"，其后的字符串表征可兼容的其他設備。可以說前面的是特指，后面的則涵蓋更廣的范圍。
如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash結點：
[objc]?view plaincopy
compatible屬性的第2個字符串"cfi-flash"明顯比第1個字符串"arm,vexpress-flash"涵蓋的范圍更廣。
接下來root結點"/"的cpus子結點下面又包含2個cpu子結點，描述了此machine上的2個CPU，并且二者的compatible 屬性為"arm,cortex-a9"。
注意cpus和cpus的2個cpu子結點的命名，它們遵循的組織形式為：<name>[@<unit-address>]，<>中的內容是必選項，[]中的則為可選項。name是一個ASCII字符串，用于描述結點對應的設備類型，如3com Ethernet適配器對應的結點name宜為ethernet，而不是3com509。如果一個結點描述的設備有地址，則應該給出@unit-address。多個相同類型設備結點的name可以一樣，只要unit-address不同即可，如本例中含有cpu@0、cpu@1以及serial@101f0000與serial@101f2000這樣的同名結點。設備的unit-address地址也經常在其對應結點的reg屬性中給出。
reg的組織形式為reg = <address1 length1 [address2 length2][address3 length3] ... >，其中的每一組addresslength表明了設備使用的一個地址范圍。address為1個或多個32位的整型（即cell），而length則為cell的列表或者為空（若#size-cells = 0）。address和length字段是可變長的，父結點的#address-cells和#size-cells分別決定了子結點的reg屬性的address和length字段的長度。
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在本例中，root結點的#address-cells = <1>;和#size-cells =<1>;決定了serial、gpio、spi等結點的address和length字段的長度分別為1。cpus 結點的#address-cells= <1>;和#size-cells =<0>;決定了2個cpu子結點的address為1，而length為空，于是形成了2個cpu的reg =<0>;和reg =<1>;。external-bus結點的#address-cells= <2>和#size-cells =<1>;決定了其下的ethernet、i2c、flash的reg字段形如reg = <0 00x1000>;、reg = <1 00x1000>;和reg = <2 00x4000000>;。其中，address字段長度為0，開始的第一個cell（0、1、2）是對應的片選，第2個cell（0，0，0）是相對該片選的基地址，第3個cell（0x1000、0x1000、0x4000000）為length。特別要留意的是i2c結點中定義的 #address-cells = <1>;和#size-cells =<0>;又作用到了I2C總線上連接的RTC，它的address字段為0x58，是設備的I2C地址。
root結點的子結點描述的是CPU的視圖，因此root子結點的address區域就直接位于CPU的memory區域。但是，經過總線橋后的address往往需要經過轉換才能對應的CPU的memory映射。external-bus的ranges屬性定義了經過external-bus橋后的地址范圍如何映射到CPU的memory區域。
[objc]?view plaincopyranges是地址轉換表，其中的每個項目是一個子地址、父地址以及在子地址空間的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分別采用子地址空間的#address-cells和父地址空間的#address-cells大小。對于本例而言，子地址空間的#address-cells為2，父地址空間的#address-cells值為1，因此0 0? 0x10100000?? 0x10000的前2個cell為external-bus后片選0上偏移0，第3個cell表示external-bus后片選0上偏移0的地址空間被映射到CPU的0x10100000位置，第4個cell表示映射的大小為0x10000。ranges的后面2個項目的含義可以類推。
Device Tree中還可以中斷連接信息，對于中斷控制器而言，它提供如下屬性：
interrupt-controller– 這個屬性為空，中斷控制器應該加上此屬性表明自己的身份；
#interrupt-cells– 與#address-cells 和 #size-cells相似，它表明連接此中斷控制器的設備的interrupts屬性的cell大小。
在整個Device Tree中，與中斷相關的屬性還包括：
interrupt-parent– 設備結點透過它來指定它所依附的中斷控制器的phandle，當結點沒有指定interrupt-parent時，則從父級結點繼承。對于本例而言，root結點指定了interrupt-parent= <&intc>;其對應于intc: interrupt-controller@10140000，而root結點的子結點并未指定interrupt-parent，因此它們都繼承了intc，即位于0x10140000的中斷控制器。
????????interrupts – 用到了中斷的設備結點透過它指定中斷號、觸發方法等，具體這個屬性含有多少個cell，由它依附的中斷控制器結點的#interrupt-cells屬性決定。而具體每個cell又是什么含義，一般由驅動的實現決定，而且也會在Device Tree的binding文檔中說明。
譬如，對于ARM GIC中斷控制器而言，#interrupt-cells為3，它3個cell的具體含義kernel/Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt就有如下文字說明：
PPI(Private peripheral interrupt)??? SPI(Shared peripheral interrupt)
一個設備還可能用到多個中斷號。對于ARM GIC而言，若某設備使用了SPI的168、169號2個中斷，而言都是高電平觸發，則該設備結點的interrupts屬性可定義為：interrupts =<0 168 4>, <0 169 4>;?
4.dts引起BSP和driver的變更??
沒有使用dts之前的BSP和driver?
使用dts之后的driver
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針對上面的dts，注意一下幾點：
1).rtk_gpio_ctl_mlk這個是node的名字，自己可以隨便定義，當然最好是見名知意，可以通過驅動程序打印當前使用的設備樹節點
??????? printk(“now dts node name is %s\n",pdev->dev.of_node->name);
2). compatible選項是用來和驅動程序中的of_match_table指針所指向的of_device_id結構里的compatible字段匹配的，只有dts里的compatible字段的名字和驅動程序中of_device_id里的compatible字段的名字一樣，驅動程序才能進入probe函數
3).對于gpios這個字段，首先&rtk_iso_gpio指明了這個gpio是連接到的是rtk_iso_gpio,接著那個8是gpio number偏移量，它是以rtk_iso_gpiobase為基準的,緊接著那個0說明目前配置的gpio number 是設置成輸入input,如果是1就是設置成輸出output.最后一個字段1是指定這個gpio 默認為高電平，如果是0則是指定這個gpio默認為低電平
4).如果驅動里面只是利用compatible字段進行匹配進入probe函數，那么gpios 可以不需要，但是如果驅動程序里面是采用設備樹相關的方法進行操作獲取gpio? number,那么gpios這個字段必須使用。 gpios這個字段是由of_get_gpio_flags函數
默認指定的name.
獲取gpio number的函數如下：
of_get_named_gpio_flags()
of_get_gpio_flags()? ??
注冊i2c_board_info，指定IRQ等板級信息。
形如
[objc]?view plaincopy
?之類的i2c_board_info代碼，目前不再需要出現，現在只需要把tlv320aic23、fm3130、24c64這些設備結點填充作為相應的I2C controller結點的子結點即可，類似于前面的
[objc]?view plaincopy
?
Device Tree中的I2C client會透過I2C host驅動的probe()函數中調用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter);被自動展開。
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5.常見的DTS 函數
Linux內核中目前DTS相關的函數都是以of_前綴開頭的，它們的實現位于內核源碼的drivers/of下面
?void __iomem*of_iomap(struct device_node *node, int index)
?通過設備結點直接進行設備內存區間的 ioremap()，index是內存段的索引。若設備結點的reg屬性有多段，可通過index標示要ioremap的是哪一段，只有1段的情況，index為0。采用Device Tree后，大量的設備驅動通過of_iomap()進行映射，而不再通過傳統的ioremap。
[objc]?view plaincopy從設備樹中讀取相關GPIO的配置編號和標志,返回值為 gpio number
6.DTC (device tree compiler)
?????將.dts編譯為.dtb的工具。DTC的源代碼位于內核的scripts/dtc目錄，在Linux內核使能了Device Tree的情況下，編譯內核的時候主機工具dtc會被編譯出來，對應scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y := dtc”這一hostprogs編譯target。
在Linux內核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了當某種SoC被選中后，哪些.dtb文件會被編譯出來，如與VEXPRESS對應的.dtb包括：
? [objc]?view plaincopy
在Linux下，我們可以單獨編譯Device Tree文件。當我們在Linux內核下運行make dtbs時，若我們之前選擇了ARCH_VEXPRESS，上述.dtb都會由對應的.dts編譯出來。因為arch/arm/Makefile中含有一個dtbs編譯target項目。
DTS設備樹的匹配過程
一個dts文件確定一個項目，多個項目可以包含同一個dtsi文件。找到該項目對應的dts文件即找到了該設備樹的根節點。
kernel\arch\arm\boot\dts\qcom\sdm630-mtp.dts
[objc]?view plaincopy當然devicetree的根節點也是需要和板子進行匹配的，這個匹配信息存放在sbl（second boot loader）中，對應dts文件中描述的board-id（上面代碼中的qcom,board-id屬性），通過共享內存傳遞給bootloader，由bootloader將此board-id匹配dts文件（devicetree的根節點文件），將由dtc編譯后的dts文件（dtb文件）加載到內存，然后在kernel中展開dts樹，并且掛載dts樹上的所有設備。
（ps：cat /proc/cmdline 查看cmdline）
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Dts中相關符號的含義
/??????? 根節點
@???? 如果設備有地址，則由此符號指定
& ??? 引用節點
:??????? 冒號前的label是為了方便引用給節點起的別名，此label一般使用為&label
,??????? 屬性名稱中可以包含逗號。如compatible屬性的名字 組成方式為"[manufacturer], [model]"，加入廠商名是為了避免重名。自定義屬性名中通常也要有廠商名，并以逗號分隔。
# #并不表示注釋。如 #address-cells ，#size-cells 用來決定reg屬性的格式。
? ? ? ? 空屬性并不一定表示沒有賦值。如 interrupt-controller 一個空屬性用來聲明這個node接收中斷信號
數據類型
“”???? 引號中的為字符串，字符串數組：”strint1”,”string2”,”string3”
< >??? 尖括號中的為32位整形數字，整形數組<12 3 4>
[ ]????? 方括號中的為32位十六進制數，十六機制數據[0x11 0x12 0x13]? 其中0x可省略
構成節點名的有效字符：
| 0-9 | a-z | A-Z | , | . | _ | + | - |
構成屬性名的有效字符：
| 0-9 | a-z | A-Z | , | . | _ | + | ? | # |
DTS中幾個難理解的屬性的解釋
a. 地址
設備的地址特性根據一下幾個屬性來控制：
[objc]?view plaincopy
reg意為region，區域。格式為：
[objc]?view plaincopy
父類的address-cells和size-cells決定了子類的相關屬性要包含多少個cell，如果子節點有特殊需求的話，可以自己再定義，這樣就可以擺脫父節點的控制。
address-cells決定了address1/2/3包含幾個cell，size-cells決定了length1/2/3包含了幾個cell。本地模塊例如：
[objc]?view plaincopy
位于0x10115000的SPI設備申請地址空間，起始地址為0x10115000，長度為0x1000，即屬于這個SPI設備的地址范圍是0x10115000~0x10116000。
實際應用中，有另外一種情況，就是通過外部芯片片選激活模塊。例如，掛載在外部總線上，需要通過片選線工作的一些模塊：
[objc]
總結
以上是生活随笔為你收集整理的linux_设备驱动_设备树的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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