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linux 设备树

参考地址
http://blog.csdn.net/green1900/article/details/45646095
http://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html
http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8457546

1.为什么要使用设备树（Device Tree）?

在以前的内核源码中，存在大量对板级细节信息描述的代码，这些代码充斥在/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx目录，对内核而言这些platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各种硬件的platform_data绝大多数纯属垃圾冗余代码。为了解决这一问题，ARM内核版本3.x之后引入了原先在Power PC等其他体系架构已经使用的Flattened Device Tree。DTS不是arm的专利

在使用了设备树后，对于同一SOC的不同主板，只需更换设备树文件.dtb即可实现不同主板的无差异支持，而无需更换内核文件。

2.设备树的的组成和结构

设备树可以描述的信息包括了
1. CPU的数量和类别、
2. 内存基地址和大小、
3. 总线和桥、
4. 外设连接、
5. 中断控制器和中断使用情况、
6. GPIO控制器和GPIO使用情况、
7. Clock控制器和Clock使用情况。
需要注意的是，设备树对于可热插拔的热备不进行具体描述，它只描述用于控制该热插拔设备的控制器

2.1设备树的组成

设备树包含了DTC(device tree compiler) , DTS(device tree resource) 和 DTB(device tree blob),简单来说，dts是源码，dtc是编译器，dtb是生成的可执行文件

2.1.1 DTS和DTSI

.dts和.dtsi是一种ASCII文本的设备树描述,此文本格式非常适合人们阅读，基本上，一个.dts对应一种ARM设备，放在arch/arm/boot/dts目录，由于一个soc对应好多个不同的开发板，每个开发板有一个.dts，所以这些dts势必有共同部分，为了减少代码的屯余，设备树将这些共同部分提炼保存在dtsi中，供不同的dts使用，dtsi文件类似于c语言的头文件

2.1.2 DTC

DTC为编译工具，它可以将.dts文件编译成.dtb文件。DTC的源码位于内核的scripts/dtc目录，内核选中CONFIG_OF，编译内核的时候，主机可执行程序DTC就会被编译出来

2.1.3 DTB

DTB设备由DTC编译后的二进制格式的设备树描述，可以由linux内核解析，uboot这样的bootloader也可以识别.dtb，有两种使用方式,一种是bootloader启动内核过程中会先读取dtb到文件中；第二种是把dtb和zImage打包在一起做成一个印象文件，firefly-3399就是采用这种方式，打包生成了boot.img

2.1.4 绑定(bingding)

对于Device Tree中的结点和属性具体是如何来描述设备的硬件细节的，一般需要文档来进行讲解，文档的后缀名一般为.txt。这些文档位于内核的Documentation/devicetree/bindings目录，其下又分为很多子目录

2.1.5 Bootloader 使用dtb

在Uboot中，可以从NAND、SD或者TFTP等任意介质将.dtb读入内存，假设.dtb放入的内存地址为0x71000000，之后可在Uboot运行命令fdt addr命令设置.dtb的地址，如：
U-Boot> fdt addr 0x71000000
fdt的其他命令就变地可以使用，如fdt resize、fdt print等
对于ARM来讲，可以透过bootz kernel_addr initrd_address dtb_address的命令来启动内核，即dtb_address作为bootz或者bootm的最后一次参数，第一个参数为内核映像的地址，第二个参数为initrd的地址，若不存在initrd，可以用 -代替，第三个就是dtb地址

2.2设备树框架

设备树用树状结构描述设备信息，它有以下几种特性
1. 每个设备树文件都有一个根节点，每个设备都是一个节点。
2. 节点间可以嵌套，形成父子关系，这样就可以方便的描述设备间的关系。
3. 每个设备的属性都用一组key-value对(键值对)来描述。
4. 每个属性的描述用;结束

3. 设备树语法

设备树是一颗树，书上的每个节点由节点和属性组成，属性是键值对

下面这个是rk3399-fpga.dts

#include "rk3399.dtsi"  //包含了公共部分
/ {
        model = "Rockchip RK3399 FPGA Board";
        compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399"; //根节点兼容性分析，下面具体分析
        chosen {
                bootargs = "init=/init console=uart,mmio32,0xff1a0000";
        };
        memory@00000000 { //子节点 memory@00000000节点名
                device_type = "memory";
                reg = <0x0 0x00000000 0x0 0x20000000>;
        };
};
&uart2 { //使用了引用
        status = "okay";
        clocks = <&xin24m>, <&xin24m>;
};

3.1根节点兼容性

compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399";

上面是根节点的兼容属性，定义了整个系统（设备级别）的名称，通过这个属性就可以判断出它启动的是什么设备。它的组织形式是<manufacture><model>，在实际中一般包括两个或两个以上的兼容字符串，上面第一个是"rockchip,fpga"，第二个是"rockchip,rk3399"，我们来看第二个，manufacture是板子级别的名字，“rockchip”代表的是瑞芯微公司，model是芯片级别的，“rk3399”是瑞芯微公司一个soc的名称

我们从源码中找出rk3399的两个dts，可以看出第一个兼容字符串的model不同，第二个完全相同

rk3399-firefly-linux.dts
compatible = "rockchip,rk3399-firefly-linux", "rockchip,rk3399";
rk3399-fpga.dts
compatible = "rockchip,fpga", "rockchip,rk3399";

3.2节点名

理论个节点名只要是长度不超过31个字符的ASCII字符串即可，Linux内核还约定设备名应写成形如[@]的形式，其中name就是设备名，最长可以是31个字符长度。unit_address一般是设备地址，用来唯一标识一个节点
Linux中的设备树还包括几个特殊的节点，比如chosen，chosen节点不描述一个真实设备，而是用于firmware传递一些数据给OS，比如bootloader传递内核启动参数给内核

chosen{
    bootargs = "console=ttySAC2,115200";
    stdout-path=&serial_2;
};

3.3引用

当我们找一个节点的时候，我们必须书写完整的节点路径，这样当一个节点嵌套比较深的时候就不是很方便，所以，设备树允许我们用下面的形式为节点标注引用(起别名)，借以省去冗长的路径。这样就可以实现类似函数调用的效果

3.KEY

在设备树中，键值对是描述属性的方式，比如，Linux驱动中可以通过设备节点中的”compatible”这个属性查找设备节点
inux设备树语法中定义了一些具有规范意义的属性，包括：compatible, address, interrupt等，这些信息能够在内核初始化找到节点的时候，自动解析生成相应的设备信息。此外，还有一些Linux内核定义好的，一类设备通用的有默认意义的属性，这些属性一般不能被内核自动解析生成相应的设备信息，但是内核已经编写的相应的解析提取函数，常见的有 “mac_addr”，”gpio”，”clock”，”power”。”regulator” 等等。

3.1.compatible

设备节点中对应的节点信息已经被内核构造成struct platform_device。驱动可以通过相应的函数从中提取信息。主要有三种方法提取信息

    1、compatible属性是用来查找节点
    2、通过节点名查找指定节点
    3、节点路径查找指定节点

看一个使用compatible提取属性的例子

#dts
    gpio_demo: gpio_demo {
        status = "okay";
        compatible = "firefly,rk3399-gpio";                  
    };
#驱动代码
static struct of_device_id firefly_match_table[] = {
    { .compatible = "firefly,rk3399-gpio",}, //完全相同
    {}, //最后一个成员一定是空，因为相关的操作API会读取这个数组直到遇到一个空。
};

3.2address

• #address-cells，用来描述子节点”reg”属性的地址表中用来描述首地址的cell的数量
• #size-cells，用来描述子节点”reg”属性的地址表中用来描述地址长度的cell的数量。

        pinctrl: pinctrl {
                compatible = "rockchip,rk3399-pinctrl";
                #address-cells = <0x2>;
                #size-cells = <0x2>;
                gpio0: gpio0@ff720000 {
                        compatible = "rockchip,gpio-bank";
                        reg = <0x0 0xff720000 0x0 0x100>;
                        //前两个数字表示一个地址0x0 0xff720000
                        //后两个数字表示一个地址跨度 0x100
                };
            ...
    }

3.3interrupts

一个计算机系统中大量设备都是通过中断请求CPU服务的，所以设备节点中就需要在指定中断

• interrupt-controller 一个空属性用来声明这个node接收中断信号，即这个node是一个中断控制器
• #interrupt-cells，是中断控制器节点的属性，用来标识这个控制器需要几个单位做中断描述符,用来描述子节点中”interrupts”属性使用了父节点中的interrupts属性的具体的哪个值。一般，如果父节点的该属性的值是3，则子节点的interrupts一个cell的三个32bits整数值分别为:<中断域 中断 触发方式>,如果父节点的该属性是2，则是<中断 触发方式>
• interrupt-parent,标识此设备节点属于哪一个中断控制器，如果没有设置这个属性，会自动依附父节点的
• interrupts,一个中断标识符列表，表示每一个中断输出信号

3.4gpio

• gpio-controller，用来说明该节点描述的是一个gpio控制器
• #gpio-cells，用来描述gpio使用节点的属性一个cell的内容，即 `属性 = <&引用GPIO节点别名 GPIO标号 工作模式>

firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;          /* GPIO0_B4 */
firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;  /* GPIO4_D5 */  

4.DTB的加载过程

参考地址
http://blog.csdn.net/green1900/article/details/45646095

http://blog.csdn.net/lichengtongxiazai/article/details/38941913

总的归纳为：

① kernel入口处获取到uboot传过来的.dtb镜像的基地址

② 通过early_init_dt_scan()函数来获取kernel初始化时需要的bootargs和cmd_line等系统引导参数。

③ 调用unflatten_device_tree函数来解析dtb文件，构建一个由device_node结构连接而成的单向链表，并使用全局变量of_allnodes保存这个链表的头指针。

④ 内核调用OF的API接口，获取of_allnodes链表信息来初始化内核其他子系统、设备等。

5.API调用

#来查找在dtb中的根节点
unsigned long __init of_get_flat_dt_root(void)

# 根据deice_node结构的full_name参数，在全局链表of_allnodes中，查找合适的device_node
struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)

#若from=NULL，则在全局链表of_allnodes中根据name查找合适的device_node
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,const char *name)

#根据设备类型查找相应的device_node
struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from,const char *type)

# 根据compatible字符串查找device_node
struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,const char *type, const char *compatible)

#根据节点属性的name查找device_node
struct device_node *of_find_node_with_property(struct device_node *from,const char *prop_name)

#根据compat参数与device node的compatible匹配，返回匹配度
int of_device_is_compatible(const struct device_node *device,const char *compat)

#获得父节点的device node
struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node)

#读取该设备的第index个irq号
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)

#读取该设备的第index个irq号，并填充一个irq资源结构体
int of_irq_to_resource(struct device_node *dev, int index, struct resource *r)

#获取该设备的irq个数
int of_irq_count(struct device_node *dev)