《設備樹 — 基本語法（二）》

1.設備樹

　　以上一節為例子，一個leddrv.c驅動可以對應board_A.c、board_B.c、board_C.c等一系列的單板。一旦修改了代碼，就要重新編譯加載。而且隨着板卡的增多，這么.c文件也會越來越多。

　　因此，linux就開始引入設備樹。設備樹其實是一個配置文件，里面定義了硬件相關的資源。這樣就取代了這些board_A.c、board_B.c、board_C.c這些用來描述硬件資源的文件。

 

2.設備樹在開發板上的體現

ls /sys/firmware

　　

 　　devicetree目錄下是以目錄結構呈現dtb文件，根節點對應base目錄，每一個節點對應一個目錄，每一個屬性對應一個文件。

　　

　　 

　　

 

　　這些屬性的值如果是字符串，可以使用 cat 命令把它打印出來；對於數值，可以用hexdump 把它打印出來。 

　　

 　　uboot會在啟動內核時把設備樹在內存中的地址告訴內核。

 

3.設備樹語法

DTS 文件布局：

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

 

node 的格式：

　　設備樹中的基本單元，被稱為“node”，其格式為：

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

 　　如果該node沒有reg屬性，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哪個bus上相關。例如對於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。@unit-address通常用區分名字相同的外設備。

　　按照慣例，如果一個node有一個reg屬性，那么這個node-name必須包括unit-address,這是reg屬性的第一個address值。

　　label 是標號，可以省略。label 的作用是為了方便地引用 node，比如：

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

　　可以使用下面 2 種方法來修改 uart@fe001000 這個 node：

// 在根節點之外使用 label 引用 node：
&uart0 {
    status = “disabled”;
};
或在根節點之外使用全路徑：
&{/uart@fe001000} {
    status = “disabled”;
};

 

cpu addressing

在討論尋址時，CPU節點代表了最簡單的情況。 每個CPU都分配有一個唯一的ID，並且沒有與CPU ID相關聯的大小。

  cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };
        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <1>;
        };
    };

　　在cpus節點，#address-cells被設置成了1，#size-cells被設置成了0。這是說子reg值是單獨的uint32，它用無大小字段表示地址。在此情況下，這兩個cpu分配到的地址為0和1。Cpu節點的#size-cells是0因為每個cpu只分配到了一個單獨的地址。
　　仍然需要注意reg值需要與節點名的值相匹配。按照慣例，如果一個節點有一個reg屬性，那么這個節點名稱必須包括unit-address,這是reg屬性的第一個address值。

memory mapped devices　　

　　與在cpu節點中單獨的address值不同，內存映射設備被分配了一系列將要響應的地址，因此不僅需要包含內存的基地址而且還需要映射地址的長度，因此需要使用#size-cells用來表示在每個子reg元組中長度字段的大小。在以下示例中，每個address值為1 cell(32 bits),每個長度值也是1 cell,這在32 bit系統是比較典型的。64 bit設備也許會為#address-cells和#size-cells使用數值2，在device tree中獲取64 bit addressing。

/dts-v1/;

/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ...
    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000 >;
    };

    serial@101f2000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f2000 0x1000 >;
    };

    gpio@101f3000 {
        compatible = "arm,pl061";
        reg = <0x101f3000 0x1000
               0x101f4000 0x0010>;
    };

    interrupt-controller@10140000 {
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000 >;
    };

    spi@10115000 {
        compatible = "arm,pl022";
        reg = <0x10115000 0x1000 >;
    };
    ...
};

　　

non memory mapped devices

　　處理器總線的其它設備為非內存映射設備。他們有地址范圍，但不能被CPU直接尋址。母設備的驅動程序將代替CPU進行間接訪問。以i2c設備為例，每個設備都分配了一個地址，但沒有長度或范圍與之相匹配。這與CPU地址分配很相似。

 i2c@1,0 {
     compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
     #address-cells = <1>;
     #size-cells = <0>;
     reg = <1 0 0x1000>;
     rtc@58 {
         compatible = "maxim,ds1338";
         reg = <58>;
     };
 };

　　

ranges（address translations）

　　我們已經討論過如何向設備分配地址，但此時這些地址只是本地設備節點，還沒有說明如何從那些地址里映射到cpu可以使用的地址。根節點經常描述地址空間的CPU視圖。根節點的子節點已經使用了CPU的address domain，所以不需要任何明確的映射。例如，serial@101f0000設備被直接分配了地址0x101f0000。
　　根節點的非直接子節點是無法使用CPU的address domain的。為了在deivce tree獲取內存映射地址必須指定如何從一個域名將地址轉換到另一個。Ranges屬性就用於此目的。以下是添加了ranges屬性的device tree示例。

/dts-v1/;
/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ...
    external-bus {
        #address-cells = <2>
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0 0  0x10100000   0x10000     // Chipselect 1, Ethernet
                  1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller
                  2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash

        ethernet@0,0 {
            compatible = "smc,smc91c111";
            reg = <0 0 0x1000>;
        };

        i2c@1,0 {
            compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
            reg = <1 0 0x1000>;
            rtc@58 {
                compatible = "maxim,ds1338";
                reg = <58>;
            };
        };

        flash@2,0 {
            compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
            reg = <2 0 0x4000000>;
        };
    };
};

　　Ranges是一個地址轉換列表。每個輸入ranges表格的是包含子地址的元組，母地址和子地址空間的范圍大小。每個字段的大小都由獲取的子地址的#address-cells值，母地址的#address-cell值和子地址的#size-cells值而定。以外部總線為例，子地址是2 cells，母地址是1 cell,大小也為1 cell。轉換三個ranges：

• Offset 0 from chip select 0 is mapped to address range 0x10100000…0x1010ffff
• Offset 0 from chip select 1 is mapped to address range 0x10160000…0x1016ffff
• Offset 0 from chip select 2 is mapped to address range 0x30000000…0x30ffffff

　　例如上面的總線是有片選的，就需要描述片選及片選的偏移量，在說明地址時，還需要說明地址映射范圍。

4.中斷映射

　　與遵循樹的自然結構而進行的地址轉換不同，機器上的任何設備都可以發起和終止中斷信號。另外地址的編址也不同於中斷信號，前者是設備樹的自然表示，而后者者表現為獨立於設備樹結構的節點之間的鏈接。 下圖顯示了設備的自然結構以及每個節點在邏輯中斷樹中的位置。

　　

 

 上圖包括以下部分：

• open-pic中斷控制器是中斷樹的根
• 中斷樹根有三個子設備，它們將中斷直接路由到open-pic
  • device1
  • PCI host controller
  • GPIO Controller
• 存在三個中斷域; 一個以開放式pic節點為根，一個在PCI主橋節點，一個在GPIO Controller節點上
• 有兩個nexus節點; 一個位於PCI主橋，一個位於GPIO控制器。

 

 下面顯示了具有PCI總線控制器和采樣中斷的設備片段

soc {
	compatible = "simple-bus";
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	open-pic {
		clock-frequency = <0>;
		interrupt-controller;
		#address-cells = <0>;
		#interrupt-cells = <2>;
	};
	pci {
		#interrupt-cells = <1>;
		#size-cells = <2>;
		#address-cells = <3>;
		interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
		interrupt-map = <
		/ * IDSEL 0x11 - PCI slot 1* /
		0x8800 0 0 1 &open-pic 2 1 / * INTA* /
		0x8800 0 0 2 &open-pic 3 1 / * INTB* /
		0x8800 0 0 3 &open-pic 4 1 / * INTC* /
		0x8800 0 0 4 &open-pic 1 1 / * INTD* /
		/ * IDSEL 0x12 - PCI slot 2* /
		0x9000 0 0 1 &open-pic 3 1 / * INTA* /
		0x9000 0 0 2 &open-pic 4 1 / * INTB* /
		0x9000 0 0 3 &open-pic 1 1 / * INTC* /
		0x9000 0 0 4 &open-pic 2 1 / * INTD* /
	>;
	};
};

　　

5.dtsi文件

　　設備樹文件不需要我們從零寫出來，內核支持了某款芯片比如 imx6ull，在內核的arch/arm/boot/dts目錄下就有了能用的設備樹模板，一般命名為xxxx.dtsi。“i”表示“include”，被別的文件引用的。
　　
　　我們使用某款芯片制作出了自己的單板，所用資源跟 xxxx.dtsi 是大部分相同，小部分不同，所以需要引腳 xxxx.dtsi 並修改。
　　dtsi 文件跟 dts 文件的語法是完全一樣的。

　　dts 中可以包含.h 頭文件，也可以包含 dtsi 文件，在.h 頭文件中可以定義一些宏。

/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"
/ {
……
};

 

6.常用的屬性

#address-cells、#size-cells

　　cell 指一個 32 位的數值：

　　address-cells：address 要用多少個 32 位數來表示；

　　size-cells：size 要用多少個 32 位數來表示大小。

 

　　比如一段內存，怎么描述它的起始地址和大小？

　　下例中，address-cells 為 1，所以 reg 中用 1 個數來表示地址，即用 0x80000000 來表示地址；size-cells 為 1，所以 reg 中用 1 個數來表示大小，即用 0x20000000 表示大小：

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

 

compatible

　　“compatible”表示“兼容”，對於某個 LED，內核中可能有 A、B、C 三個驅動都支持它，那可以這樣寫：

led {
    compatible = “A”, “B”, “C”;
};

　　內核啟動時，就會為這個 LED 按這樣的優先順序為它找到驅動程序：A、B、C。

 

　　根節點下也有 compatible 屬性，用來選擇哪一個“machine desc”：一個內核可以支持machine A，也支持 machine B，內核啟動后會根據根節點的 compatible 屬性找到對應的machine desc 結構體，執行其中的初始化函數。

　　compatible 的值，建議取這樣的形式："manufacturer,model"，即“廠家名,模塊名”。

 

model

　　model 屬性與 compatible 屬性有些類似，但是有差別。
　　compatible 屬性是一個字符串列表，表示可以你的硬件兼容 A、B、C 等驅動；
　　model 用來准確地定義這個硬件是什么。

 

　　比如根節點中可以這樣寫：

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

　　它表示這個單板，可以兼容內核中的“smdk2440”，也兼容“mini2440”。

　　從 compatible 屬性中可以知道它兼容哪些板，但是它到底是什么板？用 model 屬性來明確。

 

status

　　dtsi 文件中定義了很多設備，但是在你的板子上某些設備是沒有的。這時你可以給這個設備節點添加一個 status 屬性，設置為“disabled”：

&uart1 {
    status = "disabled";
};

 

 

reg

　　reg 的本意是 register，用來表示寄存器地址。

　　但是在設備樹里，它可以用來描述一段空間。反正對於 ARM 系統，寄存器和內存是統一編址的，即訪問寄存器時用某塊地址，訪問內存時用某塊地址，在訪問方法上沒有區別。

　　reg 屬性的值，是一系列的“address size”，用多少個 32 位的數來表示 address 和 size，由其父節點的#address-cells、#size-cells 決定。

 

name(過時了，建議不用)

　　它的值是字符串，用來表示節點的名字。在跟 platform_driver 匹配時，優先級最低。

　　compatible 屬性在匹配過程中，優先級最高。

 

device_type(過時了，建議不用)

　　它的值是字符串，用來表示節點的類型。在跟 platform_driver 匹配時，優先級為中。
　　compatible 屬性在匹配過程中，優先級最高。

   memory@30000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x30000000 0x20000000>;
    }; 

　　device_type屬性定義了該node的設備類型，例如cpu、serial等。對於memory node，其device_type必須等於memory。

 

根節點

　　dts 文件中必須有一個根節點：

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

　　根節點中必須有這些屬性：

#address-cells // 在它的子節點的 reg 屬性中, 使用多少個 u32 整數來描述地址(address)
#size-cells // 在它的子節點的 reg 屬性中, 使用多少個 u32 整數來描述大小(size)
compatible // 定義一系列的字符串, 用來指定內核中哪個machine_desc可以支持本設備
    // 即這個板子兼容哪些平台
    // uImage : smdk2410 smdk2440 mini2440 ==> machine_desc
model // 咱這個板子是什么
    // 比如有 2 款板子配置基本一致, 它們的 compatible 是一樣的
    // 那么就通過 model 來分辨這 2 款板子

 

CPU 節點

　　一般不需要我們設置，在 dtsi 文件中都定義好了：

cpus {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    cpu0: cpu@0 {
        .......
    }
};    

 　　多核的通常會設置cpu的頻率。

cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
 
        cpu0: cpu@0 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x0>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu1: cpu@1 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x1>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu2: cpu@2 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x2>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu3: cpu@3 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x3>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };
    };

　　

memory 節點

　　芯片廠家不可能事先確定你的板子使用多大的內存，所以 memory 節點需要板廠設置，比如：

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

 

chosen 節點

　　我們可以通過設備樹文件給內核傳入一些參數，這要在 chosen 節點中設置 bootargs 屬性

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

 

6.編譯、更換設備樹

6.1在內核中直接make

　　設置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 這三個環境變量后，進入 ubuntu 上板子內核源碼的目錄，執行如下命令即可編譯 dtb 文件：

make dtbs V=1

　　編譯成功會在arch/arm/boot/dts/目錄下有相關單板的dtb文件。

　　然后在板子啟動后相對應位置替換一下dtb文件就可以了。

單獨編譯：

make dtbs CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

反編譯：

dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts s5pv210-x210.dtb 

　　

　　

 

 

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