Linux驅(qū)動(dòng)入門-設(shè)備樹DTS概念介紹

????設(shè)備樹（DTS:device tree source），字面意思就是一塊電路板上設(shè)備如上圖中CPU、DDR、I2C、GPIO、SPI等，按照樹形結(jié)構(gòu)描繪成的一棵樹。按照策略和功能分離的思路，就是驅(qū)動(dòng)代碼（功能）和設(shè)備樹DTS配置文件（策略）分開來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣針對(duì)不同的電路板，Linux驅(qū)動(dòng)代碼就不用動(dòng)了，只需要改改DTS就可以，DTS中的配置會(huì)決定哪些驅(qū)動(dòng)去運(yùn)行。 ????Linux相關(guān)知識(shí)在嵌入式領(lǐng)域中很重要，要學(xué)習(xí)可以找一個(gè)能運(yùn)行Linux代碼的環(huán)境，最好有一個(gè)開發(fā)板，也可以用qemu在ubuntu上運(yùn)行，可以參考之前的文章：Linux驅(qū)動(dòng)-IMX6ULL開發(fā)板qemu環(huán)境搭建或者自己搭建一個(gè)參考： https://zhuanlan.zhihu.com/p/521196386 ?

?設(shè)備樹起源

在Linux 2.6中，ARM架構(gòu)的板極硬件細(xì)節(jié)過多地被硬編碼在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中，如果外設(shè)發(fā)生相應(yīng)的變化，那么驅(qū)動(dòng)代碼就需要改動(dòng)。 ????2011年，Linux之父Linus Torvalds發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題后，就通過郵件向ARM-Linux開發(fā)社區(qū)發(fā)了一封郵件，不禁的發(fā)出了一句“This wholeARM thing is a f*cking pain in the ass”。之后，ARM社區(qū)就引入了PowerPC等架構(gòu)已經(jīng)采用的設(shè)備樹(Flattened Device Tree)機(jī)制，將板級(jí)信息內(nèi)容都從Linux內(nèi)核中分離開來，用一個(gè)專屬的文件格式來描述，即現(xiàn)在的.dts文件。 ????

從 3.x 版本之后開始支持使用設(shè)備樹，這樣做的意義重大，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)代碼與設(shè)備的硬件信息相互的隔離，減少了代碼中的耦合性。通過設(shè)備樹對(duì)硬件信息的抽象，驅(qū)動(dòng)代碼只要負(fù)責(zé)處理邏輯，而關(guān)于設(shè)備的具體信息存放到設(shè)備樹文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒有驅(qū)動(dòng)邏輯的變化，開發(fā)者只需要修改設(shè)備樹文件信息，不需要改寫驅(qū)動(dòng)代碼。 ????

設(shè)備樹由一系列被命名的節(jié)點(diǎn)（Node）和屬性（Property）組成，而節(jié)點(diǎn)本身可包含子節(jié)點(diǎn)。在設(shè)備樹中，可描述的信息包括：

CPU的數(shù)量和類別。

內(nèi)存基地址和大小。

總線和橋。

外設(shè)連接。

中斷控制器和中斷使用情況。

GPIO控制器和GPIO使用情況。

時(shí)鐘控制器和時(shí)鐘使用情況。

基本上就是畫一棵電路板上CPU、總線、設(shè)備組成的樹，Bootloader會(huì)將這棵樹傳遞給內(nèi)核，然后內(nèi)核可以識(shí)別這棵樹，并根據(jù)它展開出Linux內(nèi)核中的platform_device、i2c_client、spi_device等設(shè)備，而這些設(shè)備用到的內(nèi)存、IRQ等資源，也被傳遞給了內(nèi)核，內(nèi)核會(huì)將這些資源綁定給展開的相應(yīng)的設(shè)備。 ?

2.?基本概念介紹 2.1 dts

dts(device tree source設(shè)備樹源文件)文件是一種ASCII文本格式的設(shè)備樹描述文件，此文件適合人類閱讀，主要是給用戶看的。

硬件的相應(yīng)信息都會(huì)寫在.dts為后綴的文件中，每一款硬件可以單獨(dú)寫一份xxxx.dts，一般在Linux源碼中存在大量的dts文件，對(duì)于 arm 架構(gòu)可以在arch/arm/boot/dts找到相應(yīng)的dts，另外mips則在arch/mips/boot/dts，powerpc在arch/powerpc/boot/dts。

對(duì)于imx6ull開發(fā)板 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts

dts中一般會(huì)包一個(gè)公共部分的dtsi文件，如下：

#include"imx6ull.dtsi" ?

2.2 dtsi

值得一提的是，對(duì)于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后類似于 C 語(yǔ)言的方式可以include到dts文件中，對(duì)于imx6ull開發(fā)板arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

對(duì)于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置情況，dts中的配置會(huì)覆蓋dtsi中的配置。具體如下圖所示；

2.3 dtc

dtc是編譯dts的工具，可以在Ubuntu系統(tǒng)上通過指令apt-get install device-tree-compiler安裝dtc工具，不過在內(nèi)核源碼scripts/dtc路徑下已經(jīng)包含了dtc工具；

2.4 dtb

dtb(DeviceTree Blob)，dts經(jīng)過dtc編譯之后會(huì)得到dtb文件，dtb通過Bootloader引導(dǎo)程序加載到內(nèi)核。所以Bootloader需要支持設(shè)備樹才行；Kernel 也需要加入設(shè)備樹的支持；

dtb文件布局如下：

從上圖可以看出，DTB文件主要包含四部分內(nèi)容：

struct ftdheader：用來表明各個(gè)分部的偏移地址，整個(gè)文件的大小，版本號(hào)等；

memory reservation block：在設(shè)備樹中使用/memreserve/ 定義的保留內(nèi)存信息；

structure block：保存節(jié)點(diǎn)的信息，節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)；

strings block：保存屬性的名字，單獨(dú)作為字符串保存；

dtb文件代碼級(jí)別的解析可以參考： https://cloud.tencent.com/developer/article/1887823

(1) dtb 文件的結(jié)構(gòu)圖如下：

(2) 設(shè)備節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖如下：

2.5 DTB加載及解析過程

U-Boot處理如下：

3. DTS基本框架

下圖是一個(gè)設(shè)備樹文件的基本架構(gòu)；大概看了一下有點(diǎn)類似于XML文件，簡(jiǎn)單概括一下有這幾個(gè)部分；

一個(gè)例子：

1 個(gè)雙核ARM Cortex-A932 位處理器；ARM 本地總線上的內(nèi)存映射區(qū)域分布有

兩個(gè)串口（分別位于0x101F1000和0x101F2000）

GPIO控制器（位于0x101F3000）

SPI控制器（位于0x10170000）

中斷控制器（位于0x10140000）

外部總線橋上連接的設(shè)備如下：

SMC SMC91111以太網(wǎng)（位于0x10100000）

I2C控制器（位于0x10160000）

64MB NOR Flash（位于0x30000000）外部總線橋上連接的 I2C 控制器所對(duì)應(yīng)的 I2C 總線上又連接了MaximDS1338實(shí)時(shí)鐘（I2C 地址為0x58）具體如下圖所示；一個(gè)移植網(wǎng)卡的例子：

比如dm9000網(wǎng)卡，就需要首先將示例信息掛接到我們的板級(jí)設(shè)備樹上，并根據(jù)芯片手冊(cè)和電路原理圖將相應(yīng)的屬性進(jìn)行配置，再配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，dm9000的地址線一般是接在片選線上的，所以設(shè)備樹中就應(yīng)該歸屬與相應(yīng)片選線節(jié)點(diǎn)，我這里用的exynos4412，接在了bank1，所以是"<0x500000000x2 0x50000004 0x2>"

最終的配置結(jié)果是：

然后make menuconfig勾選相應(yīng)的選項(xiàng)將dm9000的驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。

[*] Networking support  --->        Networking options  --->                <*> Packet socket                <*>Unix domain sockets                 [*] TCP/IP networking                [*]   IP: kernel level autoconfigurationDevice Drivers  --->        [*] Network device support  --->                [*]   Ethernet driver support (NEW)  --->                        <*>   DM9000 supportFile systems  --->        [*] Network File Systems (NEW)  --->                <*>   NFS client support                [*]     NFS client support for NFS version 3                [*]       NFS client support for the NFSv3 ACL protocol extension                [*]   Root file system on NFS

執(zhí)行make uImage;make dtbs,tftp下載，成功加載nfs根文件系統(tǒng)并進(jìn)入系統(tǒng)，表示網(wǎng)卡移植成功

詳細(xì)語(yǔ)法參考：https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html ? 4. 修改DTS試驗(yàn) 4.1 dts修改 ????修改設(shè)備樹文件 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts，添加一個(gè)我們自己的模塊dts_tree1：

修改完成后執(zhí)行make dtbs 重新編譯設(shè)備樹文件，編譯完成后arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb，將其下載到芯片中。

或者用qemu運(yùn)行的時(shí)候，修改參考指向這個(gè)新的dtb文件。

查看設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)進(jìn)入內(nèi)核，執(zhí)行

ls ?/proc/device-tree/

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)剛剛創(chuàng)建的設(shè)備樹節(jié)已經(jīng)存在了

跟我們?cè)赿ts里面修改的一樣，這里變成了一個(gè)個(gè)的文件形式。文件的名字是屬性的名字，內(nèi)容是值。

具體看看節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，執(zhí)行

? 4.2 內(nèi)核中添加驅(qū)動(dòng)模塊

參考：Linux驅(qū)動(dòng)實(shí)踐:帶你一步一步編譯內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序 - IOT 物聯(lián)網(wǎng)小鎮(zhèn) - 博客園

在/drivers文件夾下創(chuàng)建dts_test文件夾，然后創(chuàng)建Kconfig文件

Bash
?config ?DTS_TEST
???????? tristate "dts test"
???????? default y
???????? help
???????????? This is the dts test

創(chuàng)建Makefile文件

JavaScript
?obj-$(CONFIG_DTS_TEST) += dts_test.o

在drivers文件夾下的Kconfig和Makefile文件中分別添加

C
?source ?"drivers/dts_test/Kconfig"
?obj-$(CONFIG_DTS_TEST)??????????????? += dts_test/

創(chuàng)建dts_test.c文件

C++
?#include ?
?#include
?#include
?#include
?#include
?
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?#include
?
?#define DRIVER_NAME "imx6ul,dts-tree"
?
?
?static int devtree_probe(struct platform_device * pdev)
?{
???? struct fwnode_handle *child;
???? const char *p1,*p2[3];
???? u32 p3[2],value;
???? u8 testmac[6];
???? int i=0;
?
???? printk(KERN_INFO ?" **********devtree_probe****************** ");
?
???? ?device_property_read_string(&pdev->dev,"test-string",&p1);
???? printk("devtree_probe ?node? test-string is: %s ",p1);
?
???? ?device_property_read_string_array(&pdev->dev, ?"test-strings", p2, 3);
???? printk("devtree_probe node ?test-strings is: %s%s%s ",p2[0],p2[1],p2[2]);
?
???? ?device_property_read_u32(&pdev->dev,"test-u32",&value);
???? printk("devtree_probe node ?test-u32 is: <%d> ",value);
?
???? ?device_property_read_u32_array(&pdev->dev, ?"test-u32s", p3, 2);
???? printk("devtree_probe node ?test-u32s is: <%d>,<%d> ",p3[0],p3[1]);
?
???? ?device_property_read_string(&pdev->dev,"compatible",&p1);
???? printk("devtree_probe node ?compatible is: %s ",p1);
?
???? ?device_property_read_string(&pdev->dev,"status",&p1);
???? printk("devtree_probe ?node? status is: %s ",p1);
?
???? printk(" * devtree_probe ?child node ");
?
???? ?device_for_each_child_node(&pdev->dev, child){
?
???????? printk("*************childnode%d************* ",i++);?????
???????? ?fwnode_property_read_string(child,"test-string",&p1);
???????? printk("childnode ?test-string is: %s ",p1);
?
???????? ?fwnode_property_read_string_array(child,"test-strings",p2,3);
???????? printk("childnode? test-strings is: ?%s%s%s ",p2[0],p2[1],p2[2]);
?
???????? ?fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32",&value,1);
???????? printk("childnode test-u32 ?is: <%d> ",value);
?
???????? ?fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32s",p3,2);
???????? printk("childnode? test-u32s is: ?<%d>,<%d> ",p3[0],p3[1]);
?
???????? ?fwnode_property_read_u8_array(child,"test-u8s",testmac,6);
???????? printk("childnode ?test-u32s is: ?[%x,%x,%x,%x,%x,%x] ",testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);?
?
???? }
?
???? return 0;
?}
?static int devtree_remove(struct platform_device * pdev)
?{
???? printk(KERN_INFO ?"devtree_remove ");
?
???? return 0;
?}
?
?static const struct of_device_id of_devtree_dt_match[] = {
???? {.compatible = DRIVER_NAME},
???? {},
?};
?
?MODULE_DEVICE_TABLE(of,of_devtree_dt_match);
?
?static struct platform_driver devtree_test_driver = {
???? .probe? = devtree_probe,
???? .remove = devtree_remove,
???? .driver = {
???????? .name = DRIVER_NAME,
???????? .owner = THIS_MODULE,
???????? .of_match_table = of_devtree_dt_match,
???????? },
?};
?
?
?static int devtree_test_init(void)
?{
???? int num=0,i=0,value;
???? const char *p1;
???? struct device_node ?*node1,*childnode1;
???? u32 p2[2];
???? u8 testmac[6];
????
???? pr_warn(KERN_INFO ?"^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ ");
???? printk(KERN_INFO ?"^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ ");
???? printk(" *************devtree ?init start *************** ");
?
???? node1 = ?of_find_node_by_path("/dts-tree1");
???? if(node1 == NULL){
???????? printk("of_find_node_by_path ?failed ");
???????? return -ENODEV;
???? }
???? else{
???????? ?printk("of_find_node_by_path dts-tree1 ok ");
???? }
???? //read string
???? of_property_read_string(node1, ?"test-string", &p1);
???? printk("dts-tree1 node ?:test-string is: %s ",p1);
???? //read strings
???? num = ?of_property_count_strings(node1, "test-strings");
???? printk("dts-tree1 node? test-strings num is: %d ",num);
???? for(i=0;i ???????? ?of_property_read_string_index(node1,"test-strings",i,&p1);
???????? printk("%s",p1);
???? }
???? //read string ?"compatible"
???? of_property_read_string(node1, ?"compatible", &p1);
???? printk("dts-tree1 node? compatible is: %s ",p1);
?
???? //read string "status"
???? of_property_read_string(node1, ?"status", &p1);
???? printk("dts-tree1 node ??status is: %s ",p1);
?
???? //read u32 "test-u32"
???? ?of_property_read_u32(node1,"test-u32",&value);
???? printk("dts-tree1 node? test-u32 is: <%d> ",value);
?
???? //read? u32s test-u32s
???? of_property_read_u32_array(node1, ?"test-u32s", p2, 2);
???? printk("dts-tree1 node? test-u32s is: ?<%d>,<%d> ",p2[0],p2[1]);
?
???? //read u8s test-u8s
???? of_property_read_u8_array(node1, ?"test-u8s", testmac, 6);
???? printk("dts-tree1 node ?test-u8s is: ?<%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x> ",testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);
?
???? //get "dts_child_node1" ?device node?
???? childnode1 = ?of_get_child_by_name(node1,"dts_child_node1");
???? if(childnode1 == NULL){
???????? ?printk("of_get_child_by_name failed ");
???????? return -ENODEV;
???? }
???? printk("of_get_child_by_name ?dts_child_node1 ok ");
???? of_property_read_string(childnode1, ?"test-string", &p1);
???? printk("dts_child_node1 node ?test-string is: %s ",p1);
?
?
???? return ?platform_driver_register(&devtree_test_driver);
?}
?
?static void devtree_test_exit(void)
?{
???? printk(KERN_INFO ?" devtree_test_exit ");
???? ?platform_driver_unregister(&devtree_test_driver);
?}
?
?module_init(devtree_test_init);
?module_exit(devtree_test_exit);
?
?MODULE_LICENSE("GPL");
?MODULE_AUTHOR("zheng");

Kconfig中是y，這樣系編譯運(yùn)行后，會(huì)直接看到打印：

? ? 4.3 常用OF API