设备树的引入及简明教程

news2025/1/23 20:01:07

首先说明，设备树不可能用来写驱动。

设备树只是用来给内核里的驱动程序，指定硬件的信息。比如LED驱动，在内核的驱动程序里去操作寄存器，但是操作哪一个引脚？这由设备树指定。

需要编写设备树文件(dts: device tree source)，它需要编译为dtb(device tree blob)文件，内核使用的是dtb文件。

1.设备树示例：

在这里插入图片描述
它对应的dts文件如下：
在这里插入图片描述

2. Devicetree格式

2.1 DTS文件的格式

DTS文件布局(layout):

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

2.2 node的格式

设备树中的基本单元，被称为“node”，其格式为：

[label:] node-name[@unit-address] {
    [properties definitions]
    [child nodes]
};

label是标号，可以省略。label的作用是为了方便地引用node，比如：

/dts-v1/;
/ {
	uart0: uart@fe001000 {
        compatible="ns16550";
        reg=<0xfe001000 0x100>;
	};
};

可以使用下面2种方法来修改uart@fe001000这个node：

// 在根节点之外使用label引用node：
&uart0 {
    status = “disabled”;
};
或在根节点之外使用全路径：
&{/uart@fe001000}  {
    status = “disabled”;
};

2.3 properties的格式

简单地说，properties就是“name=value”，value有多种取值方式。
（1）Property格式1:

[label:] property-name = value;

（2）Property格式2(没有值):

[label:] property-name;

（3）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:
（1）Arrays of cells : cell就是一个32位的数据，用尖括号包围起来

interrupts = <17 0xc>;

（2）64bit数据使用2个cell来表示，用尖括号包围起来:

clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;

（3）A null-terminated string (有结束符的字符串)，用双引号包围起来:

compatible = "simple-bus";

（4）A bytestring(字节序列) ，用中括号包围起来:

local-mac-address = [00 00 12 34 56 78];  // 每个byte使用2个16进制数来表示
local-mac-address = [000012345678];       // 每个byte使用2个16进制数来表示

（5）可以是各种值的组合, 用逗号隔开:

compatible = "ns16550", "ns8250";
example = <0xf00f0000 19>, "a strange property format";

3. dts文件包含dtsi文件

设备树文件不需要我们从零写出来，内核支持了某款芯片比如imx6ull，在内核的arch/arm/boot/dts目录下就有了能用的设备树模板，一般命名为xxxx.dtsi。“i”表示“include”，被别的文件引用的。

我们使用某款芯片制作出了自己的单板，所用资源跟xxxx.dtsi是大部分相同，小部分不同，所以需要引脚xxxx.dtsi并修改。

dtsi文件跟dts文件的语法是完全一样的。

dts中可以包含.h头文件，也可以包含dtsi文件，在.h头文件中可以定义一些宏。
示例：

/dts-v1/;

#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"

/ {
……
};

4. 常用的属性

4.1 #address-cells、#size-cells

cell指一个32位的数值，
address-cells：address要用多少个32位数来表示；
size-cells：size要用多少个32位数来表示。

比如一段内存，怎么描述它的起始地址和大小？
下例中，address-cells为1，所以reg中用1个数来表示地址，即用0x80000000来表示地址；size-cells为1，所以reg中用1个数来表示大小，即用0x20000000表示大小：

/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };
};

4.2 compatible

“compatible”表示“兼容”，对于某个LED，内核中可能有A、B、C三个驱动都支持它，那可以这样写：

led {
compatible = “A”, “B”, “C”;
};

内核启动时，就会为这个LED按这样的优先顺序为它找到驱动程序：A、B、C。

根节点下也有compatible属性，用来选择哪一个“machine desc”：一个内核可以支持machine A，也支持machine B，内核启动后会根据根节点的compatible属性找到对应的machine desc结构体，执行其中的初始化函数。

compatible的值，建议取这样的形式：“manufacturer,model”，即“厂家名,模块名”。

注意：machine desc的意思就是“机器描述”，学到内核启动流程时才涉及。

4.3 model

model属性与compatible属性有些类似，但是有差别。

compatible属性是一个字符串列表，表示可以你的硬件兼容A、B、C等驱动；
model用来准确地定义这个硬件是什么。

比如根节点中可以这样写：

/ {
	compatible = "samsung,smdk2440", "samsung,mini2440";
	model = "jz2440_v3";
};

它表示这个单板，可以兼容内核中的“smdk2440”，也兼容“mini2440”。
从compatible属性中可以知道它兼容哪些板，但是它到底是什么板？用model属性来明确。

4.4 status

dtsi文件中定义了很多设备，但是在你的板子上某些设备是没有的。这时你可以给这个设备节点添加一个status属性，设置为“disabled”：

&uart1 {
      status = "disabled";
};

4.5 reg

reg的本意是register，用来表示寄存器地址。

但是在设备树里，它可以用来描述一段空间。反正对于ARM系统，寄存器和内存是统一编址的，即访问寄存器时用某块地址，访问内存时用某块地址，在访问方法上没有区别。

reg属性的值，是一系列的“address size”，用多少个32位的数来表示address和size，由其父节点的#address-cells、#size-cells决定。

示例：

/dts-v1/;
/ {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>; 
	memory {
	reg = <0x80000000 0x20000000>;
	};
};

5. 常用的节点(node)

5.1 根节点

dts文件中必须有一个根节点：

/dts-v1/;
/ {
	model = "SMDK24440";
	compatible = "samsung,smdk2440";
	
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>; 
};

根节点中必须有这些属性：

#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)
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

5.2 CPU节点

一般不需要我们设置，在dtsi文件中都定义好了：

cpus {
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <0>;

		cpu0: cpu@0 {
		    .......
        }
};

5.3 memory节点

芯片厂家不可能事先确定你的板子使用多大的内存，所以memory节点需要板厂设置，比如：

memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>;
};

5.4 chosen节点

我们可以通过设备树文件给内核传入一些参数，这要在chosen节点中设置bootargs属性：

chosen {
	bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";
};

6. 内核对设备树的处理

从源代码文件dts文件开始，设备树的处理过程为：
在这里插入图片描述
① dts在PC机上被编译为dtb文件；
② u-boot把dtb文件传给内核；
③ 内核解析dtb文件，把每一个节点都转换为device_node结构体；
④ 对于某些device_node结构体，会被转换为platform_device结构体。

6.1 dtb中每一个节点都被转换为device_node结构体

在这里插入图片描述
根节点被保存在全局变量of_root中，从of_root开始可以访问到任意节点。

6.2 哪些设备树节点会被转换为platform_device

（1）根节点下含有compatile属性的子节点

（2）含有特定compatile属性的节点的子节点
如果一个节点的compatile属性，它的值是这4者之一：“simple-bus”,“simple-mfd”,“isa”,“arm,amba-bus”,

那么它的子结点(需含compatile属性)也可以转换为platform_device。

（3）总线I2C、SPI节点下的子节点：不转换为platform_device
某个总线下到子节点，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。

比如以下的节点中：
/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。

类似的也有/spi节点, 它一般也是用来表示SPI控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;

/spi/flash@0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spi_device。

/ {
	  mytest {
		  compatile = "mytest", "simple-bus";
		  mytest@0 {
				compatile = "mytest_0";
		  };
	  };
	  
	  i2c {
		  compatile = "samsung,i2c";
		  at24c02 {
				compatile = "at24c02";                      
		  };
	  };

	  spi {
		  compatile = "samsung,spi";              
		  flash@0 {
				compatible = "winbond,w25q32dw";
				spi-max-frequency = <25000000>;
				reg = <0>;
			  };
	  };
  };

6.3 怎么转换为platform_device

内核处理设备树的函数调用过程，这里不去分析；我们只需要得到如下结论：
（1）platform_device中含有resource数组, 它来自device_node的reg, interrupts属性;
（2）platform_device.dev.of_node指向device_node, 可以通过它获得其他属性

7. platform_device如何与platform_driver配对

从设备树转换得来的platform_device会被注册进内核里，以后当我们每注册一个platform_driver时，它们就会两两确定能否配对，如果能配对成功就调用platform_driver的probe函数。

在这里插入图片描述
（1）最先比较：是否强制选择某个driver
比较platform_device.driver_override和platform_driver.driver.name
可以设置platform_device的driver_override，强制选择某个platform_driver。
（2）然后比较：设备树信息
比较：platform_device.dev.of_node和platform_driver.driver.of_match_table。

由设备树节点转换得来的platform_device中，含有一个结构体：of_node。它的类型如下：
在这里插入图片描述
如果一个platform_driver支持设备树，它的platform_driver.driver.of_match_table是一个数组，类型如下：
在这里插入图片描述
使用设备树信息来判断dev和drv是否配对时，
首先，如果of_match_table中含有compatible值，就跟dev的compatile属性比较，若一致则成功，否则返回失败；

其次，如果of_match_table中含有type值，就跟dev的device_type属性比较，若一致则成功，否则返回失败；

最后，如果of_match_table中含有name值，就跟dev的name属性比较，若一致则成功，否则返回失败。

而设备树中建议不再使用devcie_type和name属性，所以基本上只使用设备节点的compatible属性来寻找匹配的platform_driver。

（3）接下来比较：platform_device_id
比较platform_device.name和platform_driver.id_table[i].name，id_table中可能有多项。

platform_driver.id_table是“platform_device_id”指针，表示该drv支持若干个device，它里面列出了各个device的{.name, .driver_data}，其中的“name”表示该drv支持的设备的名字，driver_data是些提供给该device的私有数据。

（4）最后比较：platform_device.name和platform_driver.driver.name
platform_driver.id_table可能为空，这时可以根据platform_driver.driver.name来寻找同名的platform_device。

一个图概括所有的配对过程
在这里插入图片描述

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